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1 UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA FACOLTÁ DI INGEGNERIA Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali Tesi di Laurea Triennale “MODELLO PREVISIONALE PER I PARAMETRI MACCHINA,DIMENSIONALI ED ENERGETICI NEL PROCESSO DI PRODUZIONE DEL TUBO CORRUGATO IN POLIETILENE” Relatore: Ch.mo Prof. G. Berti Laureando: Dal Ponte Luca Matricola: 575092 Anno Accademico 2010/2011
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UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PADOVA
FACOLTÁ DI INGEGNERIA
Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali
Tesi di Laurea Triennale
“MODELLO PREVISIONALE PER I PARAMETRI MACCHINA,DIMENSIONALI ED
ENERGETICI NEL PROCESSO DI PRODUZIONE DEL TUBO CORRUGATO IN POLIETILENE”
Relatore: Ch.mo Prof. G. Berti Laureando: Dal Ponte Luca
Matricola: 575092
Anno Accademico 2010/2011
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SOMMARIO.................................................................................................................................................pag 5
INTRODUZIONE..........................................................................................................................................pag 7
CAPITOLO 1:PRESENTAZIONE DELL’AZIENDA.....................................................................................pag 9 1.1 L’azienda Faraplan S.p.a CAPITOLO 2 :IL TUBO CORRUGATO A DOPPIA PARETE....................................................................pag 11 2.1 La materia prima per tubi corrugati 2.1.1 Struttura molecolare,proprietà e produzione del polietilene
2.1.2 Analisi delle altre materie prime
2.2 Tipologie ed impiego del prodotto finito 2.3 Pregi e difetti del tubo corrugato 2.3.1 Caratteristiche meccaniche
2.3.2 Principali difetti microstrutturali
2.4 Il sistema di qualità del tubo corrugato
2.4.1 La norma CEI EN 50086-2-4
2.4.2 Procedure di controllo qualità
2.5 Gestione degli ordini clienti 2.6 Stoccaggio del prodotto finito 2.6.1 Descrizione del sistema di stoccaggio del prodotto finito
2.6.2 Gestione delle scorte a magazzino
CAPITOLO 3:PRODUZIONE DEL TUBO CORRUGATO...........................................................................pag 31 3.1 Generazione dell’ordine di produzione 3.2 Descrizione layout del reparto 3.3 Gestione del reparto 3.4 Descrizione e funzionamento linea di estrusione per il tubo corrugato 3.4.1 Il sistema di alimentazione dell’unità di estrusione
3.4.2 L’unità di estrusione
3.4.3 Il corrugatore
3.4.4 La vasca di raffreddamento
3.4.5 La perforatrice
3.4.6 L’avvolgitore
3.5 L’impianto di circolazione dei liquidi refrigeranti 3.6 L’impianto di adduzione della materia prima
3.7 Problematiche di produzione del tubo
CAPITOLO 4:I PARAMETRI DI MACCHINA...............................................................................................pag 65 4.1 Andamento dei parametri di macchina in funzione del diametro nominale 4.1.1 Parametri di macchina: il corrugatore
4.1.2 Parametri di macchina: l’estrusore
4.1.3 Parametri di macchina: il coestrusore
4.2 Sensibilità dei parametri al tipo di prodotto 4.3 Sensibilità dei parametri alla linea di produzione CAPITOLO 5:IL CONSUMO ENERGETICO E I COSTI DI PRODUZIONE.................................................pag 71 5.1 Potenze nominali istallate sulle linee 5.2 Consumo energetico e costo di produzione in funzione del diametro del prodotto
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5.3 Zone di dissipazione energetica CAPITOLO 6:I PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO CORRUGATO..................................................pag 78 6.1 Andamento dei parametri dimensionali medi in funzione del diametro 6.2 Parametri dimensionali effettivi rilevati 6.3 Analisi delle non conformità dei parametri dimensionali CAPITOLO 7: RELAZIONI DEI PARAMETRI MACCHINA,DIMENSIONALI,DEL CONSUMO ENERGETICO E DEL COSTO DI PRODUZIONE SPECIFICI.................................................................................................pag 85
7.1 Determinazione equazioni dei parametri di macchina
7.1.1 Estrusore
7.1.2 Coestrusore
7.1.3 Corrugatore
7.2 Determinazione equazioni dei parametri dimensionali
7.3 Determinazione equazioni del consumo energetico e dei costi di produzione
7.3.1 Linea 1
7.3.2 Linea 2
7.3.3 Linea 3
CAPITOLO 8:ELABORAZIONE E VERIFICA DEL MODELLO PREVISIONALE........................................pag 99
8.1 Scelta dei nuovi diametri da produrre
8.2 Il modello previsionale
8.3 Applicazione del modello ai nuovi diametri prodotti
CONCLUSIONI..........................................................................................................................................pag 105
BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA..............................................................................................................pag 107
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SOMMARIO Il presente lavoro di tesi ha come oggetto l’analisi del tubo corrugato a doppia parete in
polietilene e del suo processo produttivo, in modo tale da poter elaborare un semplice
modello previsionale per la stima dei parametri di linea,dei parametri dimensionali del
prodotto e dei consumi energetici in funzione del diametro nominale del tubo.
L’esperienza di stage effettuata presso l’azienda Faraplan S.p.a di Fara Vicentino ha
permesso di raccogliere informazioni circa il prodotto e il processo produttivo in
esame,rendendo disponibili dati numerici utili all’elaborazione del modello statistico sopra
citato.
Dopo una generale presentazione dell’azienda al capitolo uno, il capitolo due tratta le
materie prime,le prove di qualità e la gestione del prodotto nella fase di ricezione dell’ordine
d’acquisto e nella fase di stoccaggio.
Il capitolo tre fornisce le informazioni sulla produzione del tubo corrugato, analizzando la
struttura e il funzionamento delle macchine che compongono la linea di estrusione; nella
parte finale si affrontano anche le principali problematiche che riguardano il processo
produttivo.
Con il capitolo quattro si apre la parte analitica della tesi che porta alla determinazione del
modello previsionale: i capitoli quattro, cinque e sei sono dedicati alla descrizione dei
parametri rilevati e del loro andamento grafico rispetto al diametro del tubo; le considerazioni
espresse in questa sezione hanno lo scopo di fornire al lettore una presentazione generale
dei dati raccolti.
Il capitolo sette si occupa di ricavare le relazioni analitiche presenti tra i parametri e il
diametro del tubo; l’analisi statistica basata sulla determinazione della retta di regressione ha
consentito di evidenziare l’assenza o la natura non lineare di alcuni parametri rispetto al
diametro prodotto. In tali casi, si è cercato di motivare i diversi andamenti attraverso
considerazioni ingegneristiche relative alla struttura della macchina e al processo
produttivo.
Il capitolo finale raccoglie tutte le relazioni ricavate al capitolo sette, illustrando il modello
statistico oggetto della presente tesi; infine, si sono riportate alcune applicazioni del modello,
interpretando i risultati stimati in base alle consuetudini produttive reali.
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INTRODUZIONE Nell’edilizia moderna, la necessità di far passare dei cavi è sempre più presente: la diffusione
della tecnologia in ambito domestico ha comportato uno sviluppo applicativo imponente nel
campo della distribuzione e fornitura di energia elettrica, determinando la ricerca di sistemi
innovativi e tecnicamente validi come metodi di protezione e convogliamento dell’elettricità
ai vari utilizzatori, sia privati che industriali .
La natura di un impianto elettrico o di telecomunicazioni è molto eterogenea: il numero e la
posizione degli utilizzatori all’interno di un edificio o all’interno di un’area urbana sono degli
aspetti variabili, per cui è impossibile progettare un sistema di protezione dei cavi che sia
standard per ogni struttura oggetto dell’istallazione.
Pertanto, ogni edificio o area urbana che richiede energia elettrica o un flusso d'informazioni
deve avere un sistema di tubazioni protettive per i cavi elettrici fatto su misura, in modo tale
da assicurarne la sicurezza e la funzionalità.
In questa situazione, i tradizionali tubi rigidi in materiale plastico risultano inadeguati perché
la rigidità assiale del tubo non permette un’ istallazione agevole: il tubo rigido non consente
l’ adattabilità alla struttura dell’impianto elettrico, causando un aumento del tempo di messa
in opera del tubo e determinando un incremento significativo dei costi di cantiere.
Inoltre, il cavo elettrico è per sua natura flessibile, pertanto richiede un sistema di
contenimento che ne segua l’andamento: in questo modo, i fili all’interno non sono sollecitati
in modo anomalo perché il tubo flessibile si adatta come un “guanto” alla struttura
dell’impianto elettrico; ciò non accadrebbe con un tubo rigido che costringe il cavo ad
adattarsi alla rigida parete del tubo, vincolando il percorso al numero e alla dimensione delle
tubazioni disponibili.
Alla luce di questi aspetti, il tubo corrugato a doppia parete rappresenta una valida
alternativa al sistema tradizionale di conduzione e protezione dei cavi. Il prodotto è un ottimo
compromesso tra la capacità del tubo rigido di resistere alla compressione anulare e la
flessibilità assiale richiesta dal cavo elettrico.
Da queste caratteristiche ne discende un minore costo d'installazione e, a parità di servizio
reso,un minore costo totale della struttura di conduzione perché , per effettuare lo stesso
percorso del cavo, il tubo rigido richiede più unità che dovranno essere assemblate tramite
dei raccordi. Questi ultimi rappresentano, inoltre, un punto preferenziale per l’attacco degli
agenti chimici presenti nel terreno che potrebbero causare il danneggiamento del cavo;
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quindi, la maggiore continuità garantita dal tubo flessibile è un valido aiuto per la
salvaguardia dell’impianto.
L’utilità del tubo corrugato flessibile per il passaggio dei cavi è esemplificata dalla figura
sottostante.
L’analisi fatta in questa tesi ha essenzialmente due obiettivi: il primo consiste nel dare al
lettore delle nozioni di base riguardo il tubo corrugato,affrontandone i principali aspetti quali
le caratteristiche meccaniche e funzionali, il processo produttivo e la gestione del prodotto
durante l’iter aziendale; il secondo obiettivo è quello di ottenere un semplice modello
previsionale che,alla luce del processo produttivo analizzato,consenta di stimare i parametri
macchina, il consumo energetico, il costo di produzione e i parametri dimensionali di un
prodotto non attualmente previsto in azienda,in modo da capire l’impatto che la nuova
produzione avrebbe sull’attuale processo implementato da Faraplan.
Si è scelto di trattare il tubo corrugato e la sua produzione innanzitutto perché il tema
dell’estrusione delle materie plastiche è molto attuale, visto l’ impiego dei polimeri in
moltissimi campi civili ed industriali; inoltre, è interessante capire tutti i passaggi tecnologici
che consentono di avere un prodotto così apparentemente semplice, ma con caratteristiche
prestazionali specifiche e tutt’altro che banali.
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CAPITOLO 1
PRESENTAZIONE DELL’AZIENDA
1.1 L’Azienda Faraplan S.p.a
Faraplan S.p.a nasce nell’Agosto 1999 ed è un'azienda leader in Europa per quanto
riguarda la lavorazione delle principale materie plastiche presenti sul mercato. In particolare,
Faraplan è all’avanguardia nella lavorazione del PVC in tutte le sue varianti e nella
produzione di tubi corrugati a doppia parete in polietilene. Altri prodotti di punta per l’azienda
sono il film in polietilene e il compound di PVC.
L’azienda svolge la propria attività in due siti produttivi; lo stabilimento principale è situato a
Fara Vicentino e vanta una struttura coperta di 15000 m2 e una superficie adibita a
magazzino esterno pari a 90000 m2 mentre lo stabilimento di Lugo Vicentino presenta
una superficie coperta di 4000 m2 ed una superficie scoperta esterna di 8000 m2.
Complessivamente, il fatturato totale dell’azienda è di circa 90 Mln di euro
all’anno,producendo globalmente un quantitativo pari a 90000 ton/anno di prodotto finito .
Per mantenere queste elevate performance produttive, Faraplan si avvale di tecnologie
all’avanguardia nel campo della trasformazione delle materie plastiche;in particolare ,lo
stabilimento di Fara Vicentino è basato sull’estrusione mentre lo stabilimento di Lugo
Vicentino si occupa della produzione di raccorderia (giunti per tubi PVC,manicotti per il tubo
corrugato..) tramite stampaggio ad iniezione.
Figura 1.1: Visione panoramica dello stabilimento Faraplan di Fara Vicentino
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Il processo di estrusione è quindi il cardine su cui si basa l’attività di Faraplan che possiede
complessivamente ben quaranta linee di produzione così suddivise:
-Stabilimento di Fara Vicentino:dodici linee di estrusione del tubo rigido in PVC,tre linee di
estrusione del tubo corrugato a doppia parete in polietilene ,una linea di granulazione del
PVC plastificato,una linea di estrusione del film in polietilene.
-Stabilimento di Lugo Vicentino:venti linee di stampaggio ad iniezione dei raccordi,tre linee
di granulazione del PVC plastificato.
L’azienda fa parte del gruppo FITT, il quale rappresenta una della più solide realtà industriali
nel campo della lavorazione delle materie plastiche per la produzione di tubi flessibili e rigidi,
impiegati in svariate applicazioni tecnologiche.
I principali soci del gruppo FITT sono:
FITT S.p.a è il membro principale del gruppo e si occupa della
produzione di tubi flessibili in PVC per il giardinaggio, la nautica ed
usi speciali. In questo settore, l’innovazione tecnologica è la base
della competitività per cui FITT, oltre ai tubi standard, offre una serie
di tubi ad alto contenuto tecnologico assicurato da brevetti aziendali
che garantiscono un prodotto altamente performante in esercizio.
HI-FITT si occupa invece di tubi spiralati e flessibili per il passaggio
di fluidi speciali quali gas, liquidi,lubrificanti,materiali abrasivi e
liquidi alimentari come latte o olio. Pertanto, viste le applicazioni di
nicchia in cui viene utilizzato il prodotto,il tubo tecnologico deve
essere da un lato altamente performante in termini di prestazioni
meccaniche ma anche il più inerte possibile in modo tale da non
modificare le proprietà fisiche o organolettiche del fluido trasportato.
Faraplan S.p.a si occupa della progettazione e produzione di tubi
rigidi in PVC per numerose applicazioni civili e industriali,completi
dei relativi raccordi. Inoltre, l’azienda produce tubi corrugati in
polietilene alta densità per diversi utilizzi industriali e film in
polietilene,oltre che al PVC granulato.
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CAPITOLO 2
IL TUBO CORRUGATO A DOPPIA PARETE
2.1 La materia prima per tubi corrugati
Per avere un corretto comportamento in esercizio, il tubo a doppia parete prodotto da
Faraplan richiede la scelta e l’utilizzo sapiente delle materie prime che costituiscono la base
per un prodotto di alta qualità, conforme alle severe normative europee in materia di tubi
per edilizia;di seguito verranno trattate le principali materie prime coinvolte nel processo
produttivo.
2.1.1 Struttura molecolare ,proprietà e produzione del polietilene
Il polietilene appartiene alla categoria dei polimeri, essendo costituito da una catena formata
da tante unità ripetute chiamate monomeri ; nel caso del polietilene il monomero è l’etilene la
cui formula bruta è C2H4 .Come si vede in Figura 2.1.1 a, l’etilene è costituito da due atomi di
carbonio e quattro atomi di idrogeno che, per effetto della polimerizzazione ,danno luogo a
catene con legami chimici assiali molto forti(Figura 2.1.1 b).
Figura 2.1.1 a: Struttura molecolare 2D dell’ etilene Figura 2.1.1 b: Struttura molecolare 2d polietilene
Figura 2.1.1 c: Visione 3D della catena del polietilene:le sfere bianche sono gli atomi di idrogeno mentre quelle nere sono gli atomi di carbonio
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Ovviamente, il polietilene si estende nello spazio determinando catene polimeriche in parte
attorcigliate secondo la proporzione tra zone ordinate definite cristalline e aree definite
amorfe,in cui le catene sono attorcigliate tra loro in una sorta di gomitolo;la maggior parte
dei polimeri,e quindi anche il polietilene,presentano entrambe le strutture pertanto si parla di
polimeri semicristallini. Come già detto, assialmente la catena polimerica vanta dei legami
chimici molti forti ossia i legami covalenti;l’attrazione tra catene differenti invece è basata su
legami deboli di Wan Der Waals:questo fatto risulterà importante per la lavorabilità del
materiale nella fase di estrusione.
Inoltre, secondo il peso molecolare e quindi la densità del materiale, si classifica il polietilene
in 3 categorie:
-HDPE: polietilene ad alta densità in cui la struttura cristallina prevale su quella amorfa.
-MDPE: polietilene a media densità, caratterizzato dalla sostanziale equivalenza tra stato
amorfo e cristallino.
-LDPE: polietilene a bassa densità, determinato dalla struttura prevalentemente amorfa del
polimero.
Recentemente è stato sintetizzato in laboratorio anche un nuovo tipo di LDPE chiamato
LLDPE acronimo di polietilene a bassa densità lineare: esso presenta una densità inferiore,
a cui corrisponde una complessiva orientazione lineare delle catene polimeriche.
Figura 2.1.1 d: Classificazione del polietilene in funzione della cristallinità e della densità
Il polietilene utilizzato da Faraplan per la produzione del tubo corrugato è il polietilene alta
densità per soffiaggio (blow molding) perché lo stress meccanico subito dal materiale nella
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fase di corrugamento del tubo è simile a quello subito dal polimero nella lavorazione del
soffiaggio.
Come tutti i polimeri, anche il polietilene presenta una scheda tecnica in cui, tramite l’analisi
delle varie voci, il personale specifico sceglie il prodotto per essere processato in macchina.
Figura 2.1.1 e: Prima parte scheda tecnica del polietilene
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La prima parte della scheda tecnica contiene delle informazioni riguardo alle principali
proprietà fisiche della resina quali densità,temperatura di fusione e di rammollimento ;
tuttavia,il parametro più interessante per il processo di estrusione è il Melt Flow Index
(M.F.I) o indice di fluidità che esprime la fluidità della resina:nello specifico,il M.F.I è una
portata di massa ottenuta estrudendo la resina ad una certa temperatura e sotto l’azione di
un determinato peso. Per avere una corretta indicazione riguardo al comportamento in
macchina della materia prima, è opportuno considerare il valore del M.F.I in riferimento a
diversi pesi in modo tale da rendere più agevole il confronto tra due polimeri
Figura 2.1.1 f :Seconda parte scheda tecnica del polietilene
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diversi;infatti,tanto più l’area sotto la curva dell’ M.F.I è maggiore ,tanto più il polimero risulta
estrudibile come è rappresentato dal grafico sottostante.
La seconda parte della scheda tratta le proprietà meccaniche della resina quali il carico di
snervamento e l'allungamento a rottura;essi possono dare delle informazioni indicative sulle
caratteristiche prestazionali del polietilene ma non costituiscono una sicura indicazione delle
proprietà meccaniche del prodotto,le quali sono fortemente influenzate dal processo di
estrusione;tuttavia,è più facile che il prodotto finale sia di buona qualità se la materia prima
presenta caratteristiche meccaniche valide.
L’ultima parte fornisce principalmente delle informazioni specifiche per quanto riguarda la
temperatura delle zone di estrusione e della filiera (vedi paragrafo 3.4.2); tali valori sono
indicativi perché solitamente nel processo reale le temperature della macchina sono settate
a valori più alti (circa 220 °C) perché bisogna tener conto delle elevate dispersioni termiche
per convezione e per conduzione nella zona delle fasce riscaldanti.
Poi, la scheda tecnica rende disponibili i dettagli circa il corretto stoccaggio della resina e gli
accorgimenti da adottare per evitare la formazione di polvere o la presenza d'impurità
esterne che,una volta entrate in macchina ,causano problemi al processo.
POLIMERO A peso (kg) M.F.I (g/10min)
2,16 0,7 5 2,6
21,6 45
POLIMERO B peso (kg) M.F.I (g/10min)
2,16 0,4 5 2,1
21,6 32
Grafico 2.1.1 a: Estrudibilità di due polimeri diversi
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Terminando l’analisi della scheda tecnica, è necessario evidenziare che è difficile capire le
componenti specifiche della resina in quanto il produttore non fornisce i dati sensibili in
modo tale da preservare la riservatezza del suo processo; quindi, non si acquista resina
pura ma un compound, ossia un insieme di componenti che,assieme alla resina
pura,consentono la lavorazione del polietilene ad una temperatura a cui la resina pura si
danneggerebbe in fretta,diventando inutilizzabile.
Lo stato dell’arte per la produzione del polietilene comprende tre tecnologie principali:
1)Processo ad alta pressione: il procedimento è uno dei processi “classici” e permette di
ottenere un polimero molto lavorabile; il monomero etilene viene portato in un reattore
autoclave ad altissima pressione(2800bar) alla temperatura di 200-300°C;in queste
condizioni particolarmente critiche,l’etilene polimerizza aiutato da un catalizzatore che
abbassa l’energia di attivazione della reazione..
2)Processo Soluzione: in questo caso, l’etilene viene fatto reagire con un solvente
determinandone la polimerizzazione;il processo risulta più complesso rispetto a quello
precedente ma consente di ottenere un prodotto purissimo ed esteticamente
apprezzato,adatto ad applicazioni di nicchia.
3)Processo Fase Gas Unipol: è riconosciuto come il metodo più efficiente per produrre
polietilene; esso lavora
polimerizzando il monomero che
si trova in fase gassosa in un
reattore a letto fluido al cui interno
è presente una miscela liquida di
etilene e catalizzatori di
coordinazione , sulle cui particelle
inizia ad accrescersi il granulo di
resina.
Tutti questi processi sono
implementati da impianti
complessi e di notevoli
dimensioni, come dimostra la
Figura 2.1.1 g.
Figura 2.1.1 g: Impianto di polimerizzazione dell'etilene
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2.1.2 Analisi delle altre materie prime
La produzione del corrugato coinvolge l’impiego di altre materie prime che, pur essendo
secondarie rispetto al polietilene, contribuiscono a rendere il prodotto conforme all’utilizzo
nelle relative applicazioni.
Le tre materie prime secondarie utilizzate nel processo sono:
-la carica minerale o estalene: si presenta in forma granulare di colore bianco ed è utilizzata
come materiale secondario dello strato esterno del prodotto. Ogni granulo è formato per il
55% da carbonato di calcio proveniente come scarto dalla lavorazione del marmo, dal 5% di
elastomero e dal 40% di polietilene. La funzione dell’elastomero è di legare le due
componenti principali in modo tale da rendere il carbonato di calcio lavorabile grazie alla
copertura di hdpe fuso. La funzione dell’estalene è di contribuire alla resistenza a
compressione radiale dello strato esterno anche se,come si vedrà al paragrafo 2.3.1,non ne
è il responsabile principale.
Figura 2.1.2.a: Granuli di estalene
-il materiale rigenerato si presenta anch’esso in forma granulare ed è il risultato di un
processo di riciclo degli scarti di lavorazione che
vengono per prima cosa inviati ad un mulino,
rappresentato in Figura 2.1.2 b.
Si ottimizza così il trasporto degli scarti al terzista
esterno, il quale procede alla ri-estrusione con
granulazione del materiale,per poi ritornare in
azienda come materiale secondario dello strato
interno.
Poiché il prodotto è stato a contatto con l’aria, è possibile che all’interno siano presenti delle
particelle gassose che costituiscono un problema per il buon funzionamento della macchina;
per ovviare a ciò, il materiale viene degassato in modo tale da eliminare le particelle volatili
all’interno dei granuli.
Figura 2. 1.2 b: Mulino per la macinazione degli scarti
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-il colore o master è il componente che permette la colorazione sia dello strato esterno che
dello strato interno del tubo;il master utilizzato per colorare i due strati è costituito da una
matrice di polietilene ad alta densità (HDPE), pigmento e altri componenti tra cui gli
assorbitori di raggi UV che permettono la salvaguardia del pigmento fino 12 mesi. I pigmenti
possono essere di tipo organico, caratterizzati da una vita fissa, e di tipo inorganico, arricchiti
di ossido di ferro che assicura una più duratura permanenza del colore sulla superficie
esterna.
2.2 Tipologie ed impiego del prodotto finito
Le principali tipologie di prodotto finito sono essenzialmente tre:
ROLL CABLE è un tubo corrugato a doppia
parete, rosso esternamente e nero
internamente; data la particolare conformazione
strutturale, vanta una resistenza allo
schiacciamento di 450N con deformazione del
diametro interno pari al 5%.Grazie agli
stabilizzatori UV presenti nel master, ROLL
CABLE riesce a limitare la degradazione del
pigmento, garantendo l’integrità per un anno. Le
taglie di produzione sono diametri da
40,50,63,75,90,110,125 e 160 mm, in rotoli da 25 o
50 metri. Il range d’impiego del ROLL CABLE è
-50/+60 °C, garantito dalle proprietà del materiale. Il tubo corrugato è corredato con la sonda
tiracavo in polipropilene, utile nella fase di passaggio del cavo all’interno del tubo ed inoltre
con il manicotto di giunzione in materiale plastico su cui viene apportata l’etichetta di
rintracciabilità del prodotto .La necessaria flessibilità assiale del prodotto è indicata dal
raggio di curvatura minimo: tanto più esso è piccolo, tanto più il tubo risulta assialmente
flessibile, pur preservando l’integrità degli strati esterni ed interni. Per questi motivi, il
prodotto è ideale per il passaggio di cavi elettrici e telefonici nel sottosuolo;
tuttavia,recentemente si è introdotta una variante che trova applicazione negli impianti di
aerazione:la tendenza è quella di sostituire le condotte di aerazione in alluminio con tubi
corrugati particolarmente flessibili e lisci,in modo tale da scongiurare l’accumulo di polvere.
Per questo, Faraplan produce il ROLL CABLE con strato interno composto di LLDPE in
sostituzione dell’HDPE,in modo tale da rendere il tubo corrugato maggiormente flessibile ed
internamente liscio.
Figura 2.2.a : ROLL CABLE
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ROLL DRAIN è un tubo corrugato a doppia
parete per il drenaggio di liquidi di ristagno nel
terreno; presenta caratteristiche simili al
ROLL CABLE riguardo al range di
temperature di esercizio e al raggio di
curvatura. Tuttavia, è dotato di una resistenza
allo schiacciamento di 300N, nettamente
inferiore a quella del ROLL CABLE:questo
perché il prodotto non deve proteggere cavi
ma deve solamente liberare dall’acqua una
zona di terreno. Tale compito è assolto da
delle fessure estese per tutta la lunghezza del
tubo.
ROLL COM è un prodotto per il passaggio dei
cavi di proprietà Telecom. Dal punto di vista
tecnico, il prodotto è pressoché identico al ROLL
CABLE tranne che per il colore blu dello strato
esterno, necessario al riconoscimento della
proprietà dei cavi nei cantieri edili.
Rispetto alla totale produzione del tubo corrugato, l'ottanta percento è rappresentato dal
ROLL CABLE e il rimanente 20% è egualmente spartito tra ROLL COM e ROLL DRAIN.
2.3 Pregi e difetti del tubo corrugato
Il tubo corrugato, come tutti i manufatti industriali, presenta delle caratteristiche di pregio che
ne determinano la competitività sul mercato ma è soggetto anche a difettosità che ne può
minacciare l’adeguato comportamento in esercizio. In questo paragrafo si affronteranno le
principali caratteristiche meccaniche del prodotto e i principali difetti microstrutturali che
possono coinvolgere il tubo.
Figura 2.2.b : ROLL DRAIN
Figura 2.2.c : ROLL COM
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2.3.1 Caratteristiche meccaniche
Le principali caratteristiche meccaniche che deve avere il tubo corrugato sono due:
-resistenza allo schiacciamento
-resistenza agli urti
La resistenza allo schiacciamento consente al tubo di proteggere i cavi elettrici che passano
al suo interno; tale rigidità anulare è ottenuta in parte grazie al processo di corrugamento
perché l’aderenza dello strato esterno alla parete dello stampo determina un’orientazione
delle catene polimeriche in senso radiale e quindi un miglioramento della resistenza a
compressione nella stessa direzione. Tuttavia, il fattore che più incide sulla resistenza radiale
di compressione è la configurazione del corrugamento, come evidenziato in Figura 2.3.1 a.
Adottando un corrugamento tradizionale, la forza di compressione esercitata da un carico
esterno determina un collasso della parete esterna stessa ,perché la reazione vincolare R
della struttura si traduce in due componenti , tra cui Rx che è la responsabile del collasso
dello strato esterno; infatti, tanto più w è maggiore di 90°, tanto più cresce la componente Rx
e tanto più diminuisce la componente Ry che da la resistenza a compressione della costa.
Nel nuovo tipo di corrugamento evidenziato a sinistra della figura, l’angolo w tende a 90° in
modo tale che tutta la reazione vincolare alla forza esterna si manifesti sull’asse y, creando
un “effetto di punta” responsabile della elevata resistenza meccanica del tubo.
Se da un lato il tubo deve avere quindi un’ottima resistenza a compressione, ciò non vuol
dire che non sia permessa alcuna compressione radiale: infatti, essendo il prodotto interrato
spesso sotto le sedi stradali,esso è soggetto a carichi ciclici determinati dal traffico in
Figura 2.3.1 a: Struttura del corrugamento del tubo
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superficie;in questo caso un’assoluta rigidità sarebbe controproducente, per cui si parla di
resistenza a compressione di 450N con 5% di deformazione del diametro interno.
Come si vede in Figura 2.3.1 b,la seppur ridotta flessibilità radiale del tubo permette di
assorbire i carichi ciclici,in modo tale da non danneggiare la sede stradale soprastante.
Altra caratteristica meccanica importante del tubo corrugato è la resilienza, ossia la
resistenza all’urto: le tipologie di terreno in cui sono interrati i tubi spesso presentano massi e
pietre, che cadendo sul tubo in fase d'istallazione potrebbero danneggiarne la
struttura;pertanto,il prodotto deve assorbire e soprattutto dissipare l’energia d’urto in modo
tale che lo strato interno rimanga intatto. Il fattore decisivo è la densità del corrugamento,
ossia il numero di coste su una determinata unità di lunghezza;la resistenza all’urto è
direttamente proporzionale alla densità di coste perché ,aumentando la densità di
coste,aumenta la superficie su cui viene dissipata l’energia d’urto e l’’impatto accidentale con
una pietra risulta innocuo per l’integrità dei cavi.
2.3.2 Principali difetti microstrutturali
I principali difetti microstrutturali sono chiamati “ geli”; essi consistono nella sovrapposizione
di catene polimeriche in un unico punto. Quando la materia prima con geli è processata , ci
possono essere dei problemi in macchina perché,pur essendo le temperature di estrusione
molto alte,questi geli non fondono totalmente e determinano delle discontinuità sulla
superficie del tubo;tuttavia,essi non costituiscono un difetto così importante da determinare
Figura 2.3.1.b : Distribuzione del carico su un tubo flessibile
22
la non conformità del prodotto,causata piuttosto da fessurazioni anomale che permettono il
passaggio di aria o di liquidi all’interno del prodotto.
2.4 Il sistema di qualità del tubo corrugato
Per certificare le caratteristiche meccaniche descritte in precedenza, l’azienda segue la
norma CEI EN 50086-2-4 che è il riferimento normativo dei tubi corrugati per il passaggio
dei cavi. Pertanto, seguendo tale norma, il prodotto è sottoposto a prove di qualità descritte
di seguito,in modo da certificarne l’idoneità all’impiego specifico.
2.4.1 La norma CEI EN 50086-2-4
Le normative europee in materia di edilizia indicano le specifiche modalità con cui bisogna
eseguire i test sul prodotto e le caratteristiche dimensionali e funzionali delle apparecchiature
per lo svolgimento delle prove. In particolare, la norma fa riferimento a due tipi di verifiche
per il tubo corrugato, ossia la prova di schiacciamento e la prova d’urto. Riguardo alla prova
di compressione, gli esemplari di tubo devono essere lunghi 200mm ±5mm e necessitano di
essere schiacciati da delle piastre di dimensioni 100x200x15mm,con la lunghezza maggiore
parallela rispetto all’asse del tubo. La velocità di schiacciamento deve essere di (15 mm±0,5
mm)/min e si deve registrare la forza che provoca uno schiacciamento radiale del 5%
rispetto al diametro esterno reale del tubo; lo schiacciamento deve avvenire senza la
fessurazione dei due strati del tubo. La Tabella 2.4.1 sintetizza i valori minimi del diametro
interno dopo lo schiacciamento, mentre la Figura 2.4.1.a rappresenta le dimensioni della
macchina per la prova di schiacciamento.
Tabella 2.4.1 a: valori minimi diametro interno dopo schiacciamento
23
Figura 2.4.1 b: Dimensioni strumentazione per prova di schiacciamento
Per quanto riguarda la prova d’urto, gli esemplari devono essere sottoposti a
condizionamento in frigorifero alla temperatura di -5°C per due ore; l’apparecchiatura deve
possedere un’incudine a V di 120°C,al cui centro è posizionato il campione del tubo. Il
martello di massa 5 kg deve essere posto ad altezze diverse, come si vede in Tabella 2.4.1
b,a seconda del diametro del prodotto, in modo da poter trasferire energie d’urto
proporzionali al diametro;tale strumentazione deve essere posizionata su un appoggio
stabile e deve rispondere a precise caratteristiche strutturali,come indicato in Figura 2.4.1 b.
Tabella 2.4.1 c : Energia d'impatto in funzione del diametro nominale del tubo
24
2.4.2 Procedure di controllo qualità
Il prelevamento dei campioni per i test di qualità è fatto giornalmente, in modo tale da
monitorare la produzione di tutte le linee; prima di svolgere le prove di qualità,è necessario
aspettare circa tre giorni ,affinché il materiale raggiunga una definitiva stabilità termica. Si
preparano dunque cinque campioni di dimensioni conformi alla norma di riferimento, di cui
quattro sono posti in frigorifero per il condizionamento e uno è utilizzato per i rilevamenti dei
parametri dimensionali e per la successiva prova di compressione.
Figura 2.4.1 d : Struttura macchina per prova d'urto
Figura 2.4.2 a: Parametri dimensionali rilevati
25
Una prima analisi è costituita da un controllo visivo degli spessori delle coste e dello stato
dello strato interno, in modo tale da evidenziare discontinuità o rigature delle superfici del
tubo. Poi, si procede al rilevamento dei principali parametri dimensionali, indicati in Figura
2.4.2 a :
PARAMETR0 DESCRIZIONE di diametro interno del tubo de diametro esterno del tubo A larghezza della costa del corrugamento B altezza della costa del corrugamento
sp1 spessore dello strato esterno del prodotto sp2 spessore dello strato interno del prodotto
peso al metro peso in kg di un metro di tubo Tabella 2.4.2 : Parametri dimensionali rilevati
Una volta registrati questi parametri si procede alla prova di compressione sul medesimo
campione;dopo aver sistemato il campione sul dinamometro come specificato nella norma,si
avvia il software che da’ l’inizio alla prova:si tiene il calibro aperto al 95% del diametro interno
registrato e, nel momento in cui non c’è più gioco tra calibro e parete interna del tubo, si
ferma il dinamometro e si legge il valore della forza registrata. Per aiutare l’operatore nella
lettura, il software fornisce un grafico in cui si può leggere con buona precisione il valore
cercato della resistenza a compressione.
Dopo due ore di condizionamento in cella frigorifera, si prelevano i quattro campioni di tubo
e, avendo posizionato alla corretta altezza il martello come specificato nella norma,si effettua
la prova d’urto e si verifica che non ci siano brecce o fessure che permettano il passaggio
d’aria tra l’interno ed esterno del tubo.
Figura 2.4.2 b : Rilevamento parametri dimensionali
Figura 2.4.2 c : Prova di compressione
Figura 2.4.2 d : Macchina per la prova d'urto
Figura 2.4.2 e : Campioni dopo la prova d'urto
26
2.5 Gestione degli ordini dei clienti
L’ordine del cliente è ricevuto dall’ufficio commerciale via mail, fax o centralino. Se il cliente è
nuovo, bisogna verificarne l’affidabilità e la solidità economica per cui Faraplan si appoggia a
una società esterna di rating che ha il compito di fornire delle informazioni importanti per la
nuova partnership commerciale; se invece il cliente è già nel database interno,tale procedura
ovviamente non avviene.
L’inserimento dell’ordine a sistema prevede la compilazione di un prospetto, all’interno del
software gestionale SAP,utilizzato in azienda come software amministrativo. I campi
principali che caratterizzano l’inserimento dell’ordine sono il committente, il destinatario, la
data di consegna richiesta e le modalità di pagamento. É importante sottolineare che se il
cliente non è nuovo,una volta inserito il codice identificativo del cliente,il sistema si carica in
automatico tutte le informazioni relative al rapporto commerciale.
Una volta compilato questo prospetto preliminare, si entra nella schermata del vero e proprio
ordine, in cui bisogna inserire il codice, il quantitativo della merce richiesta dal cliente,il
prezzo di listino e gli eventuali sconti aggiuntivi dovuti a condizioni particolari d’ordine.
Poi, si stampa l’ordine per la conferma del cliente e in allegato si produce un documento
chiamato “Delta Mescola” che, tenuto conto del ricavo dell’ordine e delle varie voci di costo
per quel prodotto,calcola il margine di guadagno dell’azienda. L’ordine inserito in SAP e il
Delta Mescola sono inviati alla direzione per la firma di approvazione.
Figura 2.5 : Stampa dell’ordine del cliente dopo inserimento in SAP
27
Dopo il consenso della direzione, si procede alla creazione della nota di carico che consente
al personale specifico di avere le informazioni fondamentali riguardanti l’ordine,per esempio
dati del cliente,la data di spedizione ed ovviamente, quantità e tipologia della merce da
caricare.
Oltre alla ricezione e gestione degli ordini di vendita, l’ufficio commerciale gestisce anche i
reclami dei clienti per prodotti difettosi: in tal caso si elabora una scheda reclamo che
riassume i dati del cliente e soprattutto le informazioni sui problemi che il prodotto ha dato in
esercizio; tale scheda viene poi inviata al controllo qualità per i necessari accertamenti del
caso.
2.6 Stoccaggio del prodotto finito
2.6.1 Descrizione sistema di stoccaggio del prodotto finito
Figura 2.6.1 a: Zone di stoccaggio del tubo corrugato
Come si vede in Figura 2.6.1 a, lo stoccaggio del prodotto finito avviene all’esterno, nelle
zone evidenziate in colore azzurro. I vari rotoli sono stoccati in aree chiamate stive,
classificate secondo il diametro del prodotto e la lunghezza del rotolo; pertanto,nella stiva
dei 50 metri e 90mm di diametro,sono depositati i rotoli con tubi di 90mm di diametro e lunghi
50metri,di tutti tre i tipi di tubo corrugato prodotti dall’azienda. In generale, le aree 1,2,3 sono
dedicate allo stoccaggio dei rotoli da 50 metri mentre nell’area 4 sono stoccati i rotoli da 25
metri.
28
Ogni stiva è caratterizzata da un numero di file e
da una quantità di piani stoccabili: per il tubo
corrugato il numero massimo di piani per ogni
stiva è 4 ,come si vede nella figura a fianco;il
fattore di impilaggio,definito come i piani possibili
oltre al primo,è dunque fisso.
Inizialmente, il rotolo che usciva dalla linea di
produzione era impilato in modo casuale,senza alcuna struttura portante;per ovviare
all’instabilità delle pile di rotoli e all’eccessivo spazio occupato,si è introdotta un’importante
novità per il deposito del corrugato,cioè il sistema Roll Box. Tale sistema prevede l’utilizzo di
gabbie in acciaio(visibili nelle Figure 2.6.1 b/c) in cui vengono collocati i rotoli,per poi essere
impilati nelle stive;in questo modo si ha un deposito
più sicuro perché le gabbie si incastrano rigidamente
tra loro ed inoltre si ha un minor spazio occupato dal
magazzino stesso. La razionalizzazione del magazzino
esterno si è tradotta in una diminuzione importante dei
costi di movimentazione e di carico della merce.
Per ogni diametro del tubo sono stabilite le modalità di
collocazione dei rotoli nelle gabbie in modo tale da
ottimizzarne il riempimento e quando non vengono
utilizzate possono essere piegate ed
impilate,occupando un
volume ridotto.
Figura 2.6.1 b : Stock esterno tubo corrugato
Figura 2.6.1 c : Struttura Roll Box
Figura 2.6.1 d: Deposito gabbie chiuse
Figura 2.6.1 e :Disposizione rotoli 160mm e 125mm
Figura 2.6.1 f: Disposizione rotoli 90mm,75mm.63-40 mm
29
2.6.2 Gestione delle scorte a magazzino
La gestione attuale del magazzino esterno per il tubo corrugato è automatica solamente in
input. Attraverso gli avvolgitori di fine linea (vedi paragrafo 3.4,6), Replica, software
gestionale che gestisce il magazzino e la produzione, è in grado di registrare il numero di
rotoli di un certo diametro,prodotti da ogni linea e,considerando il peso al metro per ogni
diametro di tubo,è capace di determinare le tonnellate in entrata al magazzino e di
comunicare la situazione delle scorte anche al software amministrativo SAP. Tuttavia, per
quanto riguarda il monitoraggio delle scorte in seguito al prelevamento di merce, il software
Replica non è ancora attrezzato;in particolare,attualmente l’operatore del carico sa dove è
stoccato un certo diametro di prodotto e,una volta verificate sulla nota di carico le quantità e
i tipi di prodotto da prelevare,la determinazione delle scorte rimanenti della stiva viene fatta
semplicemente in modo visuale.
Tale gestione non è particolarmente complessa viste le ridotte dimensioni dello stock esterno
del corrugato e considerati i modesti volumi di produzione rispetto al PVC rigido;tuttavia è
evidente che i processi di aggiornamento delle scorte,di assegnazione delle stive e di
rintracciabilità del prodotto sono non ottimizzati,perché gestiti in modo empirico. In
particolare, questo tipo di gestione presenta una logica di prelevamento LIFO (last in first out) perché la gabbia viene prelevata dalla stiva più “comoda”,favorendo la permanenza
della merce più vecchia. Quest'aspetto rappresenta un problema per Faraplan,perché ,pur
avendo gli assorbitori di raggi UV,il pigmento subisce comunque un processo di deperimento
ed è quindi necessario che ci sia una buona rotazione della merce nello stock esterno.
Alla luce di tutti questi aspetti, in futuro si prevede di gestire con Replica anche il
prelevamento della merce dal magazzino e il monitoraggio delle scorte stesse,come già
viene fatto per il comparto PVC rigido. Questo progetto consiste innanzitutto nell’applicare
sulla gabbia( chiamata anche paletta) un’etichetta con codice a barre che,letto da un
apposito apparecchio di rilevazione,consente al carrellista di capire il tipo di prodotto e in
quale stiva deve essere posizionato,aggiornando in automatico il livello della giacenza in
entrata. Per ottimizzare anche la fase di prelevamento della merce, la nota di carico prodotta
dall’ufficio commerciale sarà dotata di codice a barre per ogni tipo di prodotto da caricare,in
modo tale che l’operatore possa ottenere dal sistema l’ubicazione delle merce da
prelevare,secondo la logica FIFO (first in first out) che assicura una buona rotazione del
magazzino. Inoltre, poiché il carico è costituito da rotoli e non da gabbie intere,
l’aggiornamento delle scorte nelle stive avverrà tramite lettura del codice a barre presente sul
manicotto di giunzione,apposto alla fine di ogni rotolo,in modo tale da conoscere quanti rotoli
stanno lasciando la stiva perché oggetto di un ordine di carico..
30
In questo modo, sia il riempimento sia lo svuotamento del magazzino sono gestiti in modo
razionale,ottimizzandone i tempi di movimentazione e i costi di gestione.
31
CAPITOLO 3
PRODUZIONE DEL TUBO CORRUGATO
3.1 Generazione dell’ordine di produzione
La logica di produzione dell’azienda è su magazzino, per cui si produce per ripristinare le
scorte; l’azienda adotta un approccio produttivo MTS (make to stock) perché nel settore
dell’edilizia e delle tubazioni in generale,il tempo che il cliente è disposto ad aspettare prima
di ricevere la merce ( il cosiddetto D-TIME) è molto piccolo e,considerato il tempo medio di
attrezzaggio della linea di estrusione pari a 4 ore circa,è conveniente avere la merce già
prodotta, in modo tale da soddisfare in tempi rapidi la domanda di mercato.
Il livello delle giacenze per il tubo corrugato deve possibilmente essere compreso tra le 260 e
le 350 tonnellate; se il livello delle scorte scende oltre il limite minimo, significa che per alcuni
tipi di diametri si ha lo stock out,per cui è impossibile soddisfare gli eventuali ordini. Se
invece le giacenze superano il livello massimo, non è più permesso stoccare altro prodotto
ed è necessario fermare le linee di produzione.
Il documento di riferimento per la determinazione dell’ordine produttivo è il riepilogo MRP,
calcolato giornalmente a mezzanotte, che fornisce le informazioni generali utili per la
programmazione della produzione.
La Figura 3.1 a rappresenta un esempio di riepilogo MRP per il tubo corrugato;i campi
principali sono:
-STOCK: rappresenta il numero di rotoli di prodotto presenti in magazzino in un determinato
giorno.
-ORDINI TOTALI: è la somma degli ORDINI AL CARICO e degli ORDINI GIA’ EVASI; i primi sono i rotoli in carico mentre i secondi sono i rotoli già inviati ai clienti.
-AVAILABLE TO PROMISE (ATP): è il valore delle scorte ancora disponibili; si calcola
facendo la differenza tra il valore dello stock e gli ordini totali.
-SPEDIZIONI: indicano l’entità delle spedizioni nelle settimane successive(indicate con la
sigla XX/YY),dove XX rappresenta il numero progressivo della settimana e YY rappresenta
l’anno di riferimento.
32
-CONSUMO MEDIO TRIMESTRALE: è la media delle spedizioni settimanali, calcolata su un
periodo di tre mesi.
-INDICE DI COPERTURA (COP): rappresenta il numero di settimane in cui si riesce a
soddisfare alla domanda con il valore delle scorte specificato alla voce STOCK; esso è
calcolato come il rapporto tra lo stock e il consumo medio settimanale.
-INDICE DI COPERTURA NETTO (COP NETTO): esprime il rapporto tra l’ATP e il consumo
medio settimanale, rappresentando il numero di settimane in cui la domanda è soddisfatta
tenendo conto delle giacenze effettivamente ancora disponibili in magazzino.
In generale, l’indicatore che determina il tipo (o figura) di corrugato da produrre è il COP,in
quanto si privilegia la produzione del prodotto con COP più basso. Tuttavia, si devono
considerare anche altri aspetti, per esempio la rotazione del prodotto in magazzino e il
periodo temporale in cui ci si trova; infatti, a parità di COP,si produce la figura che presenta
Figura 3.1 a : Esempio di riepilogo MRP
33
una rotazione più alta perché significa che il prodotto è più richiesto. Inoltre, alla fine del
mese le spedizioni tendono a diminuire per cui , anche se la figura di tubo presenta un basso
COP,non ha senso programmarne una massiccia produzione.
Mediando tutti questi fattori, si determina il tipo di tubo da produrre; riguardo la quantità di
prodotto(e quindi il numero di giorni di produzione),si deve far in modo che la quantità
prodotta sia compatibile con l’intervallo ottimale delle giacenze,segnalato precedentemente.
In particolare, si procede al calcolo delle tonnellate prodotte tramite la formula seguente:
P=k*c*v*t (3.1)
dove P è il peso in tonnellate della produzione totale,c è il peso di un metro di tubo in g/m,v è
la velocità di produzione della linea espressa in m/min,t è il tempo di produzione in minuti e
k il fattore di conversione dei grammi in tonnellate. Se tale produzione porta al superamento
del limite massimo consentito, si riduce il periodo di produzione agendo sulla variabile t e,
preferibilmente, si producono figure che, avendo c minore consentono un livello di giacenza
sostenibile;in questo modo,le linee sono caricate per essere teoricamente sempre in
esercizio.
Il procedimento di programmazione della produzione è evidenziato nell’esempio sottostante:
Dati:
situazione stock al venerdì mattina:330 ton; prodotto 1 e 2;
giorni di produzione:venerdì,sabato,domenica;v1=15 m/min v2=19 m/min;
c1=780 g/m; c2= 420 g/m;spedizioni previste=15 ton.
Svolgimento
t=24*3*60=4320 min
P1=k*c1*v1*t=10-6*780*15*4320=50,54 ton
P2=k*c2*v2*t=10-6*420*19*4320=34,5 ton
Stock=330-15+50,54+34,5=400 ton
Come si vede dai calcoli, se si fanno tre giorni di produzione di entrambi i prodotti, il limite
massimo delle giacenze è superato;quindi,la programmazione verrà fatta in modo tale da
ridurre i giorni di produzione di queste due figure,spostando l’attenzione su altre diametri di
tubo che permettano la continuità del funzionamento della linea.
34
Il frutto di questo tipo di valutazione è il piano di produzione settimanale del corrugato,
illustrato in Figura 3.1 b.
Figura 3.1 b: Piano di produzione del tubo corrugato
Osservando il piano di produzione, si nota che si cerca sempre di avere funzionanti almeno
due linee e la rimanente in attrezzaggio,in modo da saturare completamente il personale
impiegato.
La traduzione ultima del piano di produzione è costituita dall’ordine di produzione,un
documento che,apposto su ogni linea,consente all’operatore di produrre il tubo richiesto,nella
giusta quantità,con le modalità di imballaggio e stoccaggio
specifiche per il prodotto considerato. La Figura 3.1.c è un esempio
di ordine di produzione.
Infine, è necessario chiarire che il piano di produzione sopra
descritto è soggetto spesso a variazioni dovute a possibili problemi
sulle linee o a carichi di lavoro intensi, che portano per esempio al
funzionamento di tutte le linee di produzione.
Figura 3.1 c : Ordine di produzione
35
3.2 Descrizione layout del reparto
Il reparto di produzione del tubo corrugato è situato nella parte destra dello stabilimento;
esso confina con il reparto produzione del tubo in PVC rigido ed con l’estrusore a bolla per
la produzione di film in polietilene.
Il reparto è costituito da tre linee di produzione, disposte parallelamente tra loro e,
funzionalmente, composte dalle stesse tipologie di macchine,come si vede in Figura 3.2.b.
Storicamente,il reparto nasce nel 2005 in seguito allo smantellamento di due macchine per la
produzione del film in polietilene. All’inizio sono state poste le linee più esterne (linea uno e
linea due),per poi aggiungere in seguito la linea tre, disposta centralmente tra le due
preesistenti.
Figura 3.2 a :Layout di stabilimento
Figura 3.2b :Visione 3D del reparto tubo corrugato
36
Oltre alle linee di produzione, sono presenti
anche altri elementi che permettono o facilitano
le procedure lavorative all’interno del reparto. In
primo luogo, dietro le linee sono situate le
vasche di pescaggio del master, dell’estalene e
del materiale rigenerato; in secondo luogo,sulla
parte sinistra del reparto sono posizionati i
depositi degli iniettori delle testa di estrusione,dei
cilindri soffianti della vasca di raffreddamento e
delle perforatrici,tutto ciò classificato in base al
diametro del tubo; gli scarti di lavorazione
vengono depositati provvisoriamente in box tra le
linee,prima di essere trasportati al mulino per la
macinazione. Inoltre, è presente una zona
dedicata allo stoccaggio delle casse per gli
stampi del corrugatore (vedi paragrafo 3.4.3), differenziati in base al diametro del prodotto.
Infine, sono presenti due aree di stoccaggio del prodotto finito in cui gli operatori collocano i
rotoli prodotti all’interno delle gabbie metalliche: una prima area si trova immediatamente
dopo gli avvolgitori ed è adibita al deposito provvisorio delle gabbie di prodotto con i diametri
più piccoli, mentre la seconda area si trova alla fine de reparto e in essa vengono stoccate le
gabbie dei prodotti con il diametro maggiore.
3.3 Gestione del reparto
La gestione del reparto consiste principalmente nel monitoraggio del processo produttivo e
nell’assegnazione degli ordini di produzione alle rispettive linee.
La raccolta dei dati di processo è fatta direttamente dall’operatore,tramite compilazione di
un’apposita scheda cartacea;in essa sono registrati i principali dati specifici del prodotto,quali
il diametro,il peso al metro espresso in grammi/metro e il valore del peso al metro
reale,ottenuto dopo il prelevamento di un campione dalla linea. Altri indicatori caratteristici
della scheda di rilevazione sono il fattore di correzione e il “rapporto interno/esterno “: il
primo è l’indicatore della differenza tra peso al metro reale e settato mentre il secondo
consiste nel rapporto tra il peso dello strato interno e il peso dello strato esterno e fornisce
informazioni sull’incidenza di entrambi gli strati sul peso al metro del prodotto.
Figura 3.2 c : Elementi produttivi secondari del reparto
37
Infine, si evidenziano le materie prime coinvolte per ogni coppia estrusore-coestrusore di
ogni linea, specificandone il materiale principale,secondario e il master.
L’assegnazione dei carichi di lavoro alle linee risponde a un criterio generale, basato sui
differenti diametri ottimali per ogni linea di produzione. Solitamente, i diametri piccoli
(40,50,63 mm) sono prodotti dalla linea tre, i diametri medi(75,90,110 mm)si producono sulla
linea due mentre per i diametri grandi(110,125,160) si privilegia la linea uno. Date le diverse
dimensioni delle viti di estrusione, anche la portata di massa fornita è diversa nelle tre linee,
per cui all’aumentare del diametro del tubo da produrre si assegna la produzione alla linea
che garantisce facilmente una certa portata di massa, sufficiente per estrudere il diametro
voluto.
Tuttavia, nella pratica questo criterio non è sempre rispettato; infatti,può accadere che in una
linea usata per diametri piccoli si debba estrudere un prodotto con diametro grande,ma in
questo caso,l’unità di estrusione non lavora nelle condizioni di ottimo in quanto la
potenzialità richiesta non è adeguata alle dimensioni delle viti,aumentandone l’inefficienza.
Pertanto, in questi casi si deve operare un trade-off tra l’urgenza del prodotto e l’utilizzo
ottimale del reparto. Inoltre, lo spostamento delle produzioni tra le linee prevede la
valutazione dell’adeguatezza dell’avvolgitore, poiché esso deve essere come dimensione in
grado di accogliere rotoli di diametri più grandi rispetto a quelli usuali.
Inoltre, il caricamento delle linee produttive è studiato in modo che le fasi di attrezzaggio,
ossia il cambiamento di tutti gli elementi di linea in relazione ai vari diametri
prodotti,avvengano in giornata,così possono essere seguiti dal personale specifico.
Poiché il discriminante del tubo corrugato è il diametro, si tende a produrre tutti e tre i tipi di
prodotto quando la linea è attrezzata, in modo tale da ridurre i tempi di fermata per cambio
produzione; tutto ciò è valutato compatibilmente con le necessità di ripristino delle
scorte,accennato al paragrafo 3.1
38
3.4 Descrizione e funzionamento della linea di estrusione per il tubo corrugato
Come si vede in Figura 3.4, la linea di estrusione per tubo corrugato in polietilene è costituita
da cinque elementi fondamentali:
- il sistema di alimentazione dell’unità di estrusione;
- l’unità di estrusione;
-il corrugatore;
-la vasca di raffreddamento;
- l’avvolgitore;
Anche se le linee presentano macchine di costruttori diversi,la struttura meccanica e il loro
funzionamento è molto simile,per cui nella trattazione si è scelto di analizzare la terza linea
perché tecnologicamente è la più recente. Le differenze che si possono riscontrare tra le
linee riguardano essenzialmente le unità di estrusione, le quali presentano i medesimi
sistemi funzionali, organizzati e posizionati in modo diverso all’interno della macchina.
Globalmente, la linea si può classificare come sincrona ,in cui non è presente alcun buffer
(piccolo magazzino di disaccoppiamento) tra le stazioni . Essendo il tubo corrugato un
prodotto continuo e non discreto, è fondamentale che le diverse macchine agenti siano
sincronizzate tra loro e lavorino nelle condizioni ottimali,in modo tale da non causare
problemi alla stazione di lavorazione immediatamente successiva.
Ogni elemento di linea citato sopra sarà ora descritto sia dal punto di vista meccanico o
strutturale, sia dal punto di vista funzionale in modo tale da avere un quadro sufficientemente
chiaro sulle fasi produttive che caratterizzano il tubo corrugato e sulle apparecchiature
tecnologiche che rendono possibile tale produzione.
Figura 3.4 : Componenti principali della linea di estrusione per tubo corrugato
39
3.4.1 Il sistema di alimentazione dell’unità di estrusione
La Figura 3.4.1 a rappresenta la struttura
generale del sistema di alimentazione di linea.
Sia l’estrusore sia il coestrusore possiedono
un sistema dosatore-tramoggia specifico che
può prevedere al massimo tre tramogge (con i
relativi dosatori);in linea generale,come si
vede dalla figura a fianco,le tramogge più
grandi servono per l’alimentazione del
materiale base mentre quelle più piccole si
occupano del materiale secondario e del
colore. Quindi,sia lo strato esterno che quello
interno del prodotto,sono il risultato della
miscelazione di tre componenti al massimo.
Particolarmente nella linea tre,
l’ alimentazione del coestrusore per lo strato
interno prevede l’impiego di due soli componenti
ossia il materiale principale e il colore (o master), pertanto i gruppi dosatore-tramoggia per lo
strato interno sono solamente due,come si vede in Figura 3.4.1 b.
I dosatori sono essenzialmente
magazzini ridotti in cui il materiale sosta
prima di essere caricato in tramoggia;
essi presentano un livello massimo ed
un livello minimo, superato il quale il
materiale viene prelevato dai silos
tramite un sistema di aspirazione.
L’elemento che determina effettivamente
la portata di massa del materiale
entrante nell’estrusore è la tramoggia
che, tramite il sistema gravimetrico, è in
grado di calcolare la portata di massa del componente entrante, a seconda della percentuale
in peso impostata; il passaggio del materiale (e quindi la sua portata) viene regolata tramite
delle viti azionate elettricamente(vedi Figura 4.3.1 a).
Figura 3.4.1 a : gruppi dosatori-tramogge
Figura 3.4.1 b :Sistema alimentazione specifico linea 3
40
In questo modo, l’estrusore è alimentato continuamente ed essendo una macchina
volumetrica,permette di aumentare la portata di massa finale agendo non solo sul numero di
giri-vite della macchina, ma anche aumentando la quantità di materiale immessa nel volume
tra le due creste della vite.
Inoltre, il sistema dosatore-tramogge consente di eseguire un efficace degassamento del
materiale,eliminando le residue particelle di sostanze volatili che potrebbero causare
problemi all’interno dell’unità di estrusore.
3.4.2 L’unità di estrusione
Figura 3.4.2 a :Schema generale unità di estrusione
L’unità di estrusione è costituita da un estrusore per lo strato esterno e da un coestrusore
per lo strato interno, entrambi monoviti. La diversa portata di massa imposta dal diametro dei
due tubi concentrici che comporranno il prodotto finito impone che i due estrusori costituenti
Figura 3.4.2 b: Zone strutturali componenti l'unità di estrusione
41
l’unità siano dimensionalmente diversi, con l’estrusore leggermente più grande del
coestrusore.
Nello specifico, si possono individuare tre zone strutturali che compongono l’unità di
estrusione, ossia il cilindro,gli elementi di raccordo e la testa di estrusione(filiera).
1) IL CILINDRO è una struttura tubolare in acciaio legato spesso alcuni centimetri e
resistente ad alte temperature;esso viene portato alla temperatura di lavorazione del
polimero tramite delle fasce riscaldanti in materiale ceramico che ricoprono la sua
superficie e, per facilitarne la gestione e il monitoraggio della temperatura, è diviso in zone a
cui compete una specifica fascia riscaldante. Oltre a contribuire al raggiungimento e al
mantenimento della temperatura di lavorazione, il cilindro fornisce la sede in cui è situata la
vite, elemento strutturale che permette l’estrusione del
materiale plastico. Le viti di estrusione sono costituite
da materiale ricercato e la loro produzione è molto
complessa, sia dal punto di vista progettuale che
pratico; infatti,dopo un’attenta progettazione
virtuale,una barra di acciaio speciale viene lavorata
tramite asportazione di truciolo per ottenere il profilo
delle creste. In seguito, la superficie della vite è
lucidata e sottoposta a nitrurazione,in modo tale da
raggiungere elevate durezze superficiali che ne limitano l’usura per effetto dell’attrito con le
pareti del cilindro. La durezza superficiale è particolarmente
importante in caso di additivi molto duri come la fibra di
vetro o come nel caso dell’estalene. Ogni vite è definita da
due numeri, per esempio 45-30: il primo rappresenta il
valore del diametro esterno in mm mentre il secondo
rappresenta il valore del rapporto L/D, dove D è il diametro
esterno della vite(mm) ed L è la lunghezza della vite(mm).
Poiché l’estrusore è una pompa che deve creare un delta di
pressione necessario al passaggio del materiale in filiera, la
vite comprime il materiale attraverso la diminuzione del
volume a disposizione del polimero; pertanto, ci sono viti a
passo costante ma con diametro del nocciolo
variabile,oppure viti con diametro del nocciolo costante
ma passo variabile:in ogni caso,la vite riduce il volume a disposizione del materiale tra le
creste,aumentandone la pressione.
Figura 3.4.2 c Tipologie di viti di estrusione
Figura 3.4.2 d: Settori della vite di estrusione
42
Nello specifico, le viti utilizzate nell’unità di estrusione della linea tre sono di tipo a passo
variabile e diametro del nocciolo costante,con una struttura tripartita a seconda del tipo di
azione che la vite deve esercitare sul polimero. La movimentazione delle viti é attuata tramite
un motore trifase asincrono, munito di inverter per la regolazione dei giri in uscita.
2) GLI ELEMENTI DI RACCORDO sono delle strutture che permettono il passaggio del fuso
dall’estrusore alla filiera e prevedono anch’essi delle fasce riscaldanti per garantire il
mantenimento della temperatura di processo. La progettazione del canale interno dei
raccordi è tesa a
limitare il più possibile le perdite di carico per cui
le superfici di contatto sono lisce e il canale
interno è privo di spigoli vivi o possibili zone di
reflusso del fuso.
3) LA TESTA DI ESTRUSIONE O FILIERA è la parte terminale dell’unità di estrusione: essa
è costituita da acciaio inox AISI ed è progettata in modo tale da creare due flussi concentrici
di materiale; la filiera,rappresentata in Figura 3.4.2 f,presenta un modulo fisso chiamato
testa base,un modulo
variabile denominato
iniettore che cambia
in base al diametro
del prodotto e un
mandrino,anch’esso
variabile in funzione
del diametro del tubo
corrugato.
La testa base raccoglie
i due fusi provenienti
dall’estrusore e dal
coestrusore e ne determina il flusso in due tubi concentrici,con progressiva diminuzione del
loro diametro.
Figura 3.4.2 e: Elementi di raccordo
Figura 3.4.2 f : Struttura modulare della testa di estrusione
43
L’elemento successivo è l’iniettore, il quale caratterizza le dimensioni finali del tubo; esso è
ancorato alla testa base tramite un sistema di viti rinforzato da una ganascia metallica
esterna. Infine, il mandrino in alluminio permette l’adesione tra i due strati e il loro
raffreddamento.
Riguardo al flusso del materiale all’interno della testa, è opportuno che esso sia il più
possibile regolare,garantendo,come già detto per i raccordi, l’assenza di retro flussi o
accumuli. In particolare, i fusi provenienti dai due estrusori sono incanalati nello spazio
esistente tra le superfici cilindriche concentriche nella testa base per poi attraversare un
anello caratterizzato da fori relativamente piccoli,i quali permettono di rendere il flusso
omogeneo; questo sistema sostituisce il tradizionale sistema “spider” (a ragno) in cui la
divisione grossolana del fuso in quattro rami determina delle caratteristiche meccaniche non
uniformi sulla circonferenza del tubo; al contrario, l’anello forato divide il fuso in tanti
microflussi che presentano “storie” meccaniche e termiche simili,riducendo anche le perdite
di carico. Le due figure sottostanti mettono a confronto il sistema “spider” con l'anello forato
implementato nella testa della linea tre.
Dopo essere stato diviso in microflussi, i due strati tubolari
concentrici subiscono una diminuzione del diametro nell’iniettore, a seconda del tipo di
prodotto finale; l’iniettore provvede anche alla regolazione dello spessore dei due strati,
agendo su delle viti esterne che fanno variare il gioco esistente tra le superfici concentriche
con cui polimero è a contatto.
L’uscita dei due fusi avviene tramite degli orifizi circolari (vedi Figura 3.4.2 i); per impedire
che i due tubi aderiscano alle superficie non riscaldata dell’elemento di raccordo tra l’iniettore
e il mandrino, esistono due anelli d’aria compressa che, sollevando gli strati,ne impediscono
l’accumulo e permettono lo scorrere dei materiali fino al mandrino, su cui i due flussi
aderiscono.
Figura 3.4.2 g: Sistema ad anello forato Figura 3.4.2 h: Sistema "spider"
44
Dopo aver descritto il passaggio del materiale e le caratteristiche delle tre zone costituenti
l’unità di estrusione, è necessario analizzare i sistemi di controllo e gli impianti ausiliari che
consentono alla macchina di espletare al meglio le proprie potenzialità.
Per quanto riguarda i sistemi di rilevazione e controllo, due dei parametri di processo da
gestire sono la temperatura e la pressione del fuso;pertanto,la macchina è dotata di un
sistema di alimentazione delle fasce riscaldanti che permette di raggiungere il profilo di
temperatura ottimale, necessario alla lavorazione della materia prima mentre l’eventuale
l’azione di raffreddamento delle zone del cilindri di estrusione viene attuata da soffianti.
Figura 3.4.2 m : Schema impianto di alimentazione delle fasce riscaldanti
Figura 3.4.2 i: Uscita flussi dagli orifizi circolari Figura 3.4.2 l: Anelli d'aria compressa
45
Tuttavia, per agire sulla temperatura tramite il sistema appena descritto, occorre avere un
impianto, rappresentato in Figura 3.4.2 n, che consenta di rilevarne il valore nei vari punti
della macchina: esso è costituito da termocoppie collegate tramite fili al PLC di controllo.
Altro parametro importante da rilevare è la pressione di massa: essa è registrata tramite un
sensore posto alla fine degli estrusori di ogni unità e risulta particolarmente importante sia
per ragioni di processo che per ragioni di sicurezza.
Figura 3.4.2 n: Sistema di rilevazione temperatura e pressione di massa
Figura 3.4.2 o: Impianti ausiliari dell’unità di estrusione
46
Inoltre, per il corretto comportamento in esercizio dell’unità di estrusione, sono necessari dei
sistemi ausiliari che interagiscono con gli estrusori, permettendo un’ efficace lavorazione del
polimero. I principali sistemi secondari presenti sono:
-il sistema di raffreddamento del mandrino: il mandrino è raffreddato a 4°C tramite la
circolazione di un liquido refrigerante costituito da acqua e glicole che all’andata percorre un
canale interno al mandrino stesso, mentre al ritorno percorre una doppia spirale che
permette al fluido di asportare il calore dei due strati del tubo. Il flusso di refrigerante è
regolato tramite delle manopole a lato della testa, permettendo la regolazione del calore
asportato e, se sono chiuse, lo smontaggio dell’iniettore e del mandrino in fase di
attrezzaggio. La presenza del refrigerante all’interno della testa permette inoltre il passaggio
del filo in polipropilene utilizzato come sonda tiracavo che altrimenti si fonderebbe al contatto
con le alte temperature della filiera.
-il sistema di circolazione dell’aria compressa: come si è già visto,per facilitare il flusso e
l’adesione al mandrino dei due strati di materiale, si utilizzano due anelli d’aria compressa;
essa è alimentata tramite delle tubazioni provenienti dal quadro di comando e passa
attraverso la testa grazie a dei condotti interni. Ovviamente, secondo il diametro del prodotto,
la pressione dell’aria compressa può essere regolata e in generale tende ad aumentare
linearmente con il diametro del tubo.
-i sistemi di raffreddamento delle boccole: la boccola di alimentazione è la parte iniziale
del cilindro e comunica direttamente con le tramogge; essa è raffreddata tramite un semplice
sistema ad acqua per mantenere la temperatura circa a 40-50°C; infatti, tanto più la
temperatura della boccola è bassa, tanto più aumenta la capacità di carico delle materie
prime provenienti dal sistema di alimentazione.
Gli input provenienti dai sistemi di rilevazione sono gestiti dal PLC (Programmable Logic
Controller) e, tramite software di interfaccia con l’operatore, si procede alla regolazione dei
parametri agendo sui sistemi di alimentazione.
Com'è indicato nella Figura 3.4.2 p,il display di interfaccia presenta l’elenco dei parametri
dell’estrusore e del coestrusore, indicandone per ognuno il valore impostato dall’operatore e
il valore rilevato dai sistemi di rilevazione. Un display simile riguarda il profilo delle
temperature nelle zone del cilindro e della testa, considerate anch’esse come coppia di
valore impostato e valore reale; le temperature di processo sono fisse e si stabiliscono ad un
valore di 210-220 °C.
47
Figura 3.4.2 p: Videata parametri unità di estrusione.
Dopo aver analizzato la struttura meccanica che permette l’estrusione, è opportuno
affrontare ora il processo produttivo dal punto di vista del materiale, concentrando l’analisi
sui fenomeni che avvengono all’interno del cilindro.
Il processo di estrusione si articola essenzialmente in tre fasi, che influenzano anche la
conformazione della vite:
1) ZONA DI TRASPORTO DEL SOLIDO O “FEEDING ZONE”
2) ZONA DI PLASTIFICAZIONE O “PLASTICATION ZONE”
3) ZONA DI TRASPORTO DEL FUSO O “METERING ZONE”
1) Nella prima fase, il materiale proveniente dalle tramogge viene trasportato e subisce un
primo riscaldamento sia grazie alle fasce riscaldanti sia grazie all’attrito con la vite ed il
cilindro. Il principio di funzionamento su cui si basa il trasporto dei granuli di materiale è
l’equilibrio delle forze di attrito
materiale-vite e materiale-cilindro: il
sistema cilindro-vite si può
modellare attraverso due piatti
paralleli, in cui il cilindro si muove
rispetto alla vite ferma con velocità
Vs. Le due forze d’attrito generate Figura 3.4.2 q: Modello zona di trasporto del solido
48
dal movimento del cilindro sono proporzionali ai rispettivi coefficienti d’attrito per cui se µv>µc
il materiale aderisce alla vite e la capacità di trasporto è compromessa perché il polimero
gira con la vite; invece, se µv<µc, la materia prima aderisce alle pareti del cilindro ed è spinta
in avanti dalle creste dei filetti,determinando la portata di massa. Per accentuare il
coefficiente d’attrito, nella tecnica si è soliti praticare delle scanalature sulla superficie interna
del cilindro, in modo tale da poter massimizzare l’azione di trasporto.
2)La seconda fase si svolge nella zona centrale del cilindro, in cui il polimero
progressivamente plastifica. Il meccanismo di fusione avviene prima nelle zone di contatto
con il cilindro riscaldato, poi prosegue verso l’interno attraverso il meccanismo definito “Back
flight plastication” o plastificazione sul retro-filetto, descritto in Figura 3.4.2 r.
Secondo questo processo, il film liquido che si crea all’interfaccia con il cilindro non sposta il
suo fronte in modo parallelo verso la vite, bensì tende ad accumularsi dietro al filetto
posteriore generando una sacca che si assottiglia verso il filetto anteriore. Quando lo
spessore del film liquido supera il gioco presente tra le creste della vite e il cilindro, si genera
una pressione che, aumentando progressivamente, permetterà al fuso di passare attraverso
la filiera; per aumentare la velocità di plastificazione si può aumentare la temperatura del
cilindro o aumentare il numero di giri della vite, favorendo un ulteriore sviluppo di calore per
attrito viscoso.
3)La terza fase è quella in cui si determina la portata finale dell’estrusore; la vite ha la
funzione di innalzare la pressione del fluido in modo tale che essa sia molto superiore
rispetto a quella atmosferica e quindi, avvertendo il delta di pressione esistente tra la fine del
cilindro e gli orifizi circolari della filiera, il fuso tende a colmare il gradiente di pressione
uscendo dalla matrice.
Figura 3.4.2 r: Plastificazione sul retro-filetto
49
La portata di massa di materiale che esce attraverso la matrice è la somma di due portate
opposte: da un lato, si ha la portata di trascinamento dovuta alla rotazione della vite che
tende a spostare verso l’uscita il fuso, dall’altra la filiera, essendo una strozzatura, genera
una portata di retro flusso proporzionale al delta di pressione creato dall’estrusore.
Sommando algebricamente i due contributi opposti si ha la portata netta dell’estrusore,
secondo l’equazione:
Q= (A*N)-(B/η)*ΔP (3.4.2) dove:
Q= portata di massa dell’estrusore (kg/h)
A= fattore geometrico definito come (w*h)/2, dove w rappresenta la larghezza del canale tra i
filetti della vite e h indica l’altezza del filetto rispetto al nocciolo della vite
N= numero di giri vite (1/min)
B= fattore geometrico definito come (w*h3)/12
η=viscosità del materiale
ΔP=differenza di pressione tra fine e l' inizio del cilindro
Figura 3.4.2 s: Andamento della temperatura e della pressione del fuso nell'estrusore
50
3.4.3 Il corrugatore
Il corrugatore è la stazione di lavorazione successiva all’unità di estrusione ed è la
responsabile del corrugamento dello strato esterno. La macchina è costituita da un telaio di
base su cui è montato un sistema di catene, rotanti grazie a dei servomotori istallati sotto il
pianale di appoggio. Gli stampi metallici sono collegati alle catene tramite dei supporti,
consentendone la movimentazione. I sistemi ausiliari per il funzionamento del corrugatore
sono alloggiati nella parte inferiore della macchina e sono costituiti dal sistema di creazione
del vuoto, dall'apparato di lubrificazione degli stampi e dall’impianto di circolazione dell’acqua
refrigerante.
Il corrugamento del tubo avviene grazie alla pressione negativa creata nel momento in cui gli
stampi si chiudono sui due strati tubolari concentrici adagiati sul mandrino e provenienti dalla
filiera di estrusione. Come si vede in figura 3.4.3 b-c, lo stampo presenta delle scanalature
sulla superficie interna tali da dare la
caratteristica forma al prodotto; ciò è
consentito dalle micro fessure presenti sulla
base della cresta, attraverso cui si crea il
vuoto all’interno della camera stagna ottenuta
con lo stampo complementare.
Figura 3.4.3 a: Struttura generale corrugatore
Figura 3.4.3 b: Superficie interna stampo
51
Come già si è spiegato, i due strati facenti
parte il tubo scorrono sul mandrino ed entrano
nel corrugatore;la chiusura ermetica e
sincrona degli stampi permette di creare una
camera isolata in cui viene generata una
depressione. L’asportazione dell’aria
contenuta tra lo strato esterno e la superficie
interna dello stampo è effettuata da una
pompa a vuoto situata sotto il pianale
principale; il flusso d’aria passa attraverso dei canali sulla parte inferiore dello stampo per poi
attraversare lo strato di polizene, un elemento che consente il flusso
dell’aria alla pompa anche se lo
stampo è in movimento. La
pressione negativa agente sullo
strato esterno causa la sua
adesione alle pareti della forma,
determinando la caratteristica
conformazione superficiale del
prodotto. Tuttavia, lo stampo deve
compiere un primo raffreddamento dello strato esterno dopo la formatura, in modo tale da
consolidare la struttura ottenuta;ciò è reso possibile grazie all’impianto di raffreddamento degli stampi.
L’acqua provenente dal circuito frigorifero esterno arriva
dalla tubazione di entrata principale e percorre serie di
quattro stampi attraverso dei canali interni agli stampi
stessi;una volta asportato il flussi di calore,l’acqua calda
esce e viene
convogliata all’esterno
grazie ad una tubazione
principale parallela a
quella di entrata. Come si vede in figura a fianco, il
sistema permette la continua asportazione del calore
ceduto allo stampo, assicurando un primo
consolidamento delle coste ottenute. Inoltre, essendo
Figura 3.4.3 c: Fessure creazione del vuoto
Figura 3.4.3 d : Fase di corrugamento del tubo
Figura 3.4.3 e :Tubazioni di raffreddamento stampi
Figura 3.4.3 f: Passaggio acqua di raffreddamento
52
le tubazioni soggette a elevati sforzi meccanici e alla pressione interna dell’acqua, è
opportuno monitorarne costantemente lo stato e sostituire gli elementi che sono difettosi. Lo
scoppio della tubazione di gomma è, infatti, molto dannoso alla macchina, in quanto l’elevata
pressione dell’acqua provocherebbe la fuoriuscita anche dell’olio lubrificante per lo
scorrimento degli stampi.
In precedenza, si è accennato all’importanza della pompa a vuoto per la formatura dello
strato esterno: essa permette, inoltre, di asportare anche una parte dell’umidità acquisita
dagli strati al contatto con l’aria atmosferica; per far ciò, la pompa a vuoto è munita di un
camino per l’espulsione dell’umidità, rappresentato in Figura 3.4.3 h.
Figura 3.4.3 g: Pompa a vuoto Figura 3.4.3 h: Camino espulsione umidità
L’interfaccia di controllo e monitoraggio della macchina è situata sul vetro protettivo e
permette di visualizzare i principali parametri di esercizio ossia la velocità di corrugamento
del tubo in metri al minuto e le temperature di entrata ed uscita del circuito di
raffreddamento degli stampi; altri azionamenti presenti sul display consentono l’aumento o la
diminuzione della velocità di produzione e permettono le movimentazioni della macchina.
Tuttavia, le procedure di centraggio del corrugatore rispetto alla testa di estrusione vengono
fatte manualmente, agendo su delle viti
di regolazione poste sul telaio.
La figura a fianco mostra i tre parametri
principali della macchina, tra cui la
velocità di produzione che compare
anche nel display del software
gestionale dell’unità di estrusione.
Figura 3.4.3 i:Display controllo corrugatore
53
3.4.4 La vasca di raffreddamento
Come già detto in precedenza, un primo raffreddamento del prodotto avviene nella fase del
corrugamento;tuttavia,all’uscita del corrugatore il prodotto non è completamente raffreddato
e questo può causare un peggioramento delle caratteristiche meccaniche del tubo. Infatti,
dopo l’estrusione e il corrugamento, le catene polimeriche sono orientate secondo la
direzione di lavorazione e la residua agitazione molecolare dovuta alla temperatura non a
livello ambiente potrebbe alterare l’orientazione delle catene polimeriche, modificandone la
disposizione spaziale. Tutto ciò è ancora più verificabile perché il tubo è sottoposto a
trazione dagli organi di linea, quindi occorre portare la temperatura del tubo al valore
ambiente per “congelare” la struttura molecolare raggiunta.
Per questi motivi, il prodotto all’uscita dal corrugatore viene fatto passare attraverso la vasca
di raffreddamento; essa consente il passaggio del tubo corrugato attraverso una guida
metallica e permette il raffreddamento tramite dei getti d’acqua uscenti da ugelli. L’acqua
subisce un riscaldamento ed è raccolta nel serbatoio di recupero principale.
Le rimanenti gocce d’acqua presenti sono asportate
prima tramite un cilindro soffiante che asporta l’umidità
sulla superficie superiore, poi grazie a un elemento
aspirante semi-cilindrico che elimina le gocce sulla
superficie inferiore del tubo, inviando l’acqua asportata
ad un serbatoio cilindro secondario (vedi Figura 3.4.4 a).
Figura 3.4.4 a: Vasca di raffreddamento
Figura 3.4.4 b : Vasca di raffreddamento
54
Nella parte terminale della vasca di raffreddamento è posta una stampante a getto, che
imprime la stringa di rintracciabilità del prodotto;considerando il tubo Roll Cable, la scritta è la
seguente:
ROLL CABLE FARAPLAN CE EN 500 86-2-4-A/1 D.90 N450 IEMMEQU CE L.1 TTT/AA
CODICE DESCRIZIONE ROLL CABLE nome prodotto FARAPLAN azienda produttrice
CE EN 500 86-2-4-A/1
norma europea che certifica la proprietà meccaniche
D.90 diametro nominale del tubo N450 resistenza meccanica a compressione
IEMME QU CE ente europeo di certificazione L.1 linea di produzione
TTT/AA data di produzione,espressa come giorno produttivo progressivo in un determinato anno
Tabella 3.4.4: Codici componenti la scritta di rintracciabilità
Tutte queste informazioni sono fondamentali per la rintracciabilità del prodotto in situazioni di
reclami per scarse prestazioni in esercizio; inoltre, la presenza e la coerenza di tale
marcatura rappresenta una nota di merito per la certificazione ISO 9001 che assicura la
qualità del sistema produttivo.
3.4.5 La Perforatrice
Figura 3.4.5 b :Perforatrice in fase di manutenzione
Il tubo Roll Drain, analizzato in precedenza, prevede la perforazione della superficie
corrugata per facilitare il drenaggio dei liquidi stagnati nel terreno. Tale caratteristica è
garantita dalla perforatrice: essa è una macchina con motore e quadro di controllo
indipendenti dal PLC dell’unità di estrusione e prevede la perforazione del tubo grazie ad
Figura 3.4.5 a : Schema di perforatrice
55
una schiera circolare di elementi rotanti su cui sono presenti dei taglienti sporgenti che
praticano l’incisione superficiale del tubo (vedi Figura 3.4.5 c). La macchina presenta un
sistema di lubrificazione oleodinamico per minimizzare le dissipazioni per attrito tra gli
elementi rotanti.
Pur essendo la perforazione una fase relativamente semplice,essa necessita di una
condizione fondamentale, ossia l’ottimale asciugatura del tubo dopo il raffreddamento nella
vasca.; infatti, se è presente umidità residua tra le coste,la superficie metallica dei taglienti si
ossida, rendendo imprecisa la fessurazione del prodotto.
3.4.6 L’avvolgitore
Figura 3.4.6 a: Schema generale dell'avvolgitore
L’ultima stazione della linea di estrusione è il gruppo di avvolgimento; esso è costituito
essenzialmente da tre sottosistemi, raffigurati nell’immagine sopra , ossia:
1)gli aspi
2)il sistema d'indirizzamento del tubo
3)il dispositivo di reggiatura
1)Gli aspi di avvolgimento sono delle strutture metalliche a forma di ruota che servono alla
creazione del rotolo di prodotto finito; essendo variabili i diametri producibili, l’aspo presenta
dei sistemi che consentono la regolazione del diametro finale del rotolo. Inoltre, la struttura a
ruota dell’aspo è formata da due semi unità che si aprono per consentire l’uscita del rotolo al
termine dell’avvolgimento. La velocità di rotazione dell’aspo è variabile in funzione del
56
diametro istantaneo del rotolo ed è regolata grazie ad un sistema retroattivo nel dispositivo
d'indirizzamento del tubo.
2) Il sistema d'indirizzamento del tubo consente di posizionare correttamente il prodotto
nell’aspo,permettendo una regolare posizione del prodotto mano a mano che il rotolo si
forma. Come accennato in precedenza, esso permette anche di regolare la velocità di
rotazione dell’aspo:l’elemento basculante iniziale è dotato di un sensore che ne registra la
posizione verticale. Quando il tubo non è in tiro, la velocità di avvolgimento (Va) è minore
della velocità di produzione (Vp), il basculante tende ad abbassarsi e il sensore , rilevando
tale spostamento,invia i dati al PLC dell’avvolgitore che, dopo aver elaborato il segnale,
fornisce degli impulsi ai servomotori dell’aspo per
aumentare la velocità di rotazione. Così facendo, il
tubo torna in tiro e la velocità di rotazione è sincrona
con la velocità di uscita dalla vasca di raffreddamento.
Se invece la velocità di avvolgimento è maggiore di
quella produttiva, il basculante si sposta verso l’alto e,
tramite un meccanismo inverso al precedente, la
velocità di rotazione si abbassa.
Inoltre, la velocità di rotazione deve decrescere all’aumentare del diametro del rotolo per
evitare sollecitazioni centrifughe troppo elevate che causerebbero un avvolgimento non
compatto del prodotto. In particolare, all’inizio dell’avvolgimento l’aspo gira a velocità di
rotazione massima per cui Va>Vp; grazie al basculante, Va si assesta poi ad un valore di
regime pari a quella di produzione. Quando il sistema è in prossimità della fine del rotolo, si
ha che Va<Vp e l’abbassamento del basculante determina la partenza del secondo aspo a
velocità massima. In linea teorica, la variazione della velocità Va ha l’obiettivo di mantenere
lineare il tubo tra l’avvolgitore e la vasca di raffreddamento, impedendo lo strisciamento del
prodotto sul pavimento e la formazione di anse sullo stesso.
3)Il dispositivo di reggiatura consente l’integrità e il mantenimento della forma del rotolo dopo
l’avvolgimento; ciò è garantito da
strisce rettangolari in materiale
plastico chiamate regge che avvolgono il rotolo in senso
trasversale. Il processo di reggiatura è
dimostrato in Figura 3.4.6 c: la testa fa
passare la reggia attorno al rotolo e
Figura 3.4.6 b : Elemento basculante
Figura 3.4.6 c : Avvolgimento regge
57
successivamente viene tirata causandone la fuoriuscita dalla sede quadrangolare e
l’adesione ai tubi; infile, la testa salda le due estremità, garantendo quindi l’integrità del rotolo
nelle fasi di stoccaggio e trasporto.
Le operazioni di avvolgimento interessano tutte e tre le
componenti della stazione:il tubo viene indirizzato tramite il
dispositivo apposito all’aspo vuoto ed inizia l’avvolgimento
con la velocità descritta precedentemente. Una volta
raggiunti i metri settati, una cesoia taglia il prodotto e il
dispositivo d'indirizzamento si sposta nell’altro aspo, per
iniziare nuovamente l’avvolgimento. Nel frattempo,
avviene la reggiatura in diversi punti del rotolo completato
per poi espellere lo stesso attraverso l’appoggio su un piano inclinato, situato sul fondo della
struttura.
Il software gestionale raffigurato a lato
permette di monitorare lo stato di
avanzamento del processo ,mostrando
i metri istantanei di tubo su ciascun
aspo rispetto al target finale; un’altra
funzionalità dell’avvolgitore è il
prelevamento automatico di un
campione di prodotto per il controllo
qualità.
Le tipologie di movimentazioni degli elementi descritti finora
possono essere di due tipi:
-movimenti rettilinei o angolari totali e standard;
-movimenti in cui è necessario tener traccia della posizione
spaziale istantanea dell’elemento;
Nell’avvolgitore, la prima tipologia di movimenti è realizzata tramite un sistema di attuatori pneumatici a semplice o doppio effetto, comandati da elettrovalvole. Gli attuatori
permettono ad esempio l’apertura delle paratie di indirizzamento del rotolo come
si vede in Figura 3.4.6 f.
Figura 3.4.6 d: Avvolgitore
Figura 3.4.6 e:Display di gestione dell'avvolgitore
Figura 3.4.6 f :Attuatore per movimentazione
58
D’altra parte, i movimenti che riguardano per esempio il sistema guida tubi richiedono la
lettura degli spostamenti dell’elemento; il sincronismo che caratterizza questo tipo di
elementi, è determinato da una sequenza di posizioni spaziali raggiunte dai membri coinvolti
nel movimento. L’elemento x, nello specifico, si muoverà quando l’elemento x-1 avrà
raggiunto una precisa posizione spaziale, settata in fase di programmazione del sistema
elettromeccanico della macchina. Il dispositivo che permette il movimento e la lettura della
posizione spaziale è il servomotore, caratterizzato da un motore elettrico accoppiato con un
encoder : esso effettua la rilevazione e la trasmissione al PLC delle posizioni spaziali
dell’elemento controllato.
3.5 L’impianto di circolazione dei liquidi refrigeranti
Come si è visto, la fase di estrusione richiede temperature di processo elevate che da un
lato sono necessarie per una lavorazione ottimale,dall’altro determinano una situazione
molecolare instabile,una volta effettuato il corrugamento dello strato esterno. Perciò, nei
paragrafi precedenti si sono viste le modalità con cui le stazioni di linea riescono ad
asportare il calore fornito al materiale dall’unità di estrusione. I fluidi di raffreddamento
uscenti dalla linea devono scaricare il flusso di calore acquisito dal prodotto, in modo tale da
assicurare nuovamente il delta termico che permette lo scambio di calore con il tubo.
A tale scopo, i fluidi interessati all’assorbimento di energia termica dal prodotto cedono il
calore (inteso sempre come flusso,ossia una potenza termica ) a un fluido frigorifero
esterno,secondo lo schema generale di Figura 3.5.a.
Figura 3.5 a: Circolazione liquidi refrigeranti di linea
59
I fluidi utilizzati per il raffreddamento sono di due tipi: una soluzione di acqua e glicole oppure
acqua pura; nel primo caso,una frazione di portata del liquido frigorifero primario viene
spillata e, percorrendo il circuito secondario due,raggiunge il mandrino e permette il
raffreddamento dello strato interno subito dopo l’uscita dall’iniettore. Il glicole (formula bruta
C2H6O2) è un efficace antigelo e porta il punto di congelamento della soluzione a -50°C.
Questa sostanza è utilizzata solo per il circuito secondario due perché il raffreddamento del
mandrino deve essere sempre assicurato, in modo tale che lo strato interno scorra
regolarmente e costituisca un appoggio solido su cui poi operare il sollevamento dello strato
esterno tramite la pressione negativa. Nel secondo caso invece, i liquidi percorrono il circuito
secondario uno che interessa gli stampi del corrugatore e la vasca: l’impiego di acqua pura
risulta economicamente più conveniente, data la minore entità e priorità richiesta dal
raffreddamento in queste stazioni di linea.
L’acqua del circuito secondario uno,dopo aver
assorbito il calore dagli stampi e dal tubo stesso,
viene inviata allo scambiatore dell’impianto
frigorifero esterno in cui essa cede il flusso di
calore al fluido operativo per poi tornare alla linea a
temperatura più bassa.
La soluzione del circuito secondario due,in uscita
dal mandrino, viene reintrodotta nel ciclo primario
ed è ricondotta al mandrino dopo la cessione del calore all’ambiente esterno.
3.6 L’impianto di adduzione della materia prima
Nel paragrafo 3.4.1, si è descritto il sistema dosatore-tramoggia per l’adduzione della materia
prima; tuttavia, a monte della linea,è presente un impianto molto complesso che permette
l’arrivo del materiale nel dosatore,quando esso richiede il riempimento.
Gli elementi fondamentali che costituiscono l’impianto sono:
-i silos esterni
-la console di indirizzamento alle tramogge
-gli aspiratori
-i dosatori
Figura 3.5 b: Impianto frigorifero esterno
60
Nella specifica analizzata in figura sopra, il polietilene arriva da quattro silos esterni dedicati
allo stoccaggio del materiale principale; il materiale secondario, sia esso estalene o
rigenerato, arriva da vasche di accumulo a bordo macchina, vista la minore composizione in
peso rispetto al polietilene. Il funzionamento dell’impianto si basa sulla creazione di una
depressione alla testa del dosatore; infatti, il gruppo degli aspiratori, tramite delle ventole,
aspira l’aria presente alla sommità del dosatore,determinando il risucchio del materiale o dai
silos o dalle vasche a bordo macchina. Il collegamento delle linee ai silos è realizzato
mediante una console, che permette la gestione manuale del polietilene in base alle
specifiche di produzione.
Pur essendo gestito manualmente, l’impianto è dotato di un sistema di allarme visivo e
acustico che fornisce informazioni sulle mancate cariche dei dosatori e su quali di essi è
in corso l’arrivo del materiale.
Figura 3.6.a :Impianto di adduzione materia prima del reparto
Figura 3.6 b: Silos Figura 3.6 c : Console Figura 3.6 d : Aspiratori Figura 3.6 e: Dosatori
61
3.7 Problematiche di produzione del tubo
Dalla presentazione della linea produttiva effettuata ai paragrafi precedenti, si può capire che
il processo di produzione del corrugato presenta molte variabili e, in generale, tutte le
stazioni di processo influenzano direttamente la qualità del tubo.
La variabilità dei parametri di processo, delle condizioni del materiale e del funzionamento
delle macchine determina la comparsa di alcuni problemi, classificabili nel modo seguente:
1)Incrostazioni ed impurità
La presenza di corpi estranei in un materiale omogeneo è uno degli inconvenienti più
frequenti nella produzione del tubo corrugato; infatti, i corpi estranei presentano una struttura
molecolare differente rispetto alla matrice di materiale polimerico in cui si trovano e tale non
omogeneità causa la concentrazione di tensioni nel momento in cui il tubo è soggetto a sforzi
meccanici di trazione, come è specificato in Figura 3.7 a.
I corpi estranei possono essere
impurità presenti tra i granuli della
materia prima oppure possono essere
incrostazioni dovute all’estalene o al
materiale rigenerato.
Le incrostazioni si formano sulle pareti
dell’iniettore in prossimità degli orifizi
circolari dei due strati da cui esce il
materiale estruso. Esse non si staccano totalmente dalla parete ma gradualmente,
rilasciando in modo continuo frammenti di materiale estraneo e determinando quindi la
rottura del tubo spesso dopo il corrugatore, dove la trazione dei rulli della vasca di
raffreddamento si somma a quella dell’avvolgitore di fine linea. In particolare, la formazione
delle incrostazioni da rigenerato è dovuta alla natura stessa del materiale secondario:
il rigenerato è frutto della ri-estrusione
degli scarti di lavorazione ed è formato da
catene polimeriche generalmente corte. Il
nuovo processo di estrusione effettuato
nelle linee non riesce a omogeneizzare il
materiale principale con il rigenerato,
causando il “galleggiamento” delle catene
polimeriche spezzate;esse,al contatto con
Figura 3.7 a: Effetto del corpo estraneo sulle tensioni strutturali del tubo
Figura 3.7 b: Formazione di incrostazioni da rigenerato
62
le pareti degli orifizi, si raffreddano ed aderiscono alle superfici metalliche, accrescendosi ed
ostacolando l’uscita del materiale.
Per evitare tale accumulo, sono attuate una serie di brevi fermate di linea, in cui si procede
alla pulizia delle labbra d’uscita dei due strati di materiale.
2)Monitoraggio della pressione in testa
La pressione alla fine dell’estrusore è un parametro di macchina molto importante per le
caratteristiche finali del fuso e, come accennato al
paragrafo 3.4.2, per ragioni di sicurezza. Infatti,
un’eccessiva pressione all’entrata della filiera potrebbe
determinare la caduta e il danneggiamento della testa
stessa; per evitare tale inconveniente, è presente un
sensore a spada che segnala il valore della pressione
del materiale ed, in caso esso raggiunga i 400 bar, il
sistema di controllo emette un allarme acustico,per poi
spegnere la macchina se la pressione raggiunge o
supera i 440 bar.
Teoricamente, sarebbe auspicabile la presenza di un
canale secondario comunicante con l’esterno attraverso
cui scaricare il fuso in pressione nel caso di avaria del
sistema elettronico di allarme; tuttavia, tale soluzione
risulta tecnicamente impraticabile perché in condizioni
normali il flusso del materiale alla filiera potrebbe essere alterato.
Figura 3.7 c: Rottura del tubo per incrostazione
Figura 3.7 d: Fuoriuscita del materiale dalla filiera
63
Inoltre, la pressione del fuso tende ad aumentare se nei canali interni alla testa si sono
accumulate impurità: pertanto, è necessario in questi casi procedere alla pulizia interna della
filiera, in modo tale da evitare la fuoriuscita anomala del materiale all’esterno, come
raffigurato nell’illustrazione soprastante. Per questo, è fondamentale monitorare questo
parametro in modo da impedire l’anomala uscita d materiale o, nella peggiore delle ipotesi, il
danneggiamento della filiera,
3)Regolazione degli spessori
Gli spessori dei due strati di materiale sono un parametro dimensionale critico,soprattutto all’
avviamento; infatti, in fase di cambio produzione,gli spessori devono essere regolati in modo
tale che risultino omogenei lungo tutta la sezione trasversale del tubo. Per far ciò, gli
operatori intervengono sulle viti di regolazione dei due strati, secondo lo schema in Figura
3.7 e: le viti agiscono sugli elementi interni dell’iniettore, determinando l’aumento o la
diminuzione dell’area di passaggio del fuso.
Se lo spessore non rimane costante e subisce
delle alterazioni durante il processo, si
possono verificare delle problematiche sul
tubo: in particolare, se lo spessore non è
costante il prodotto tende ad incurvarsi
all’uscita del corrugatore. Questo perché a
parità di coefficiente di dilatazione termica, un
lato del prodotto tende a dilatarsi di più, vista la
massa di materiale maggiore. Se, tramite il
controllo visivo degli spessori, si rileva tale problema occorre regolare lo spessore grazie al
sistema prima accennato.
Figura 3.7 e: Sistema di regolazione degli spessori
Figura 3.7 f: Interno del tubo con spessori non uniformi
Figura 3.7 g: Sezionamento tubo per controllo spessori
64
4)Qualità del materiale
Altro aspetto che può creare problemi alla produzione è la presenza di umidità nel materiale,
dovuta a infiltrazioni d’acqua nei silos di stoccaggio o nell’impianto di alimentazione di linea.
Se il materiale è umido, le particelle d’acqua presenti sulla superficie dei granuli
progressivamente evaporano, lasciando delle cavità molto piccole che determinano una
superficie irregolare del prodotto, riconoscibile ad occhio nudo. In tal caso, è opportuno
cambiare il silos di prelevamento, agendo sulla console dell’impianto di alimentazione delle
linee.
5)Funzionamento dell’avvolgitore
Tra le stazioni di linea, l’avvolgitore rappresenta quella più critica dal punto di vista del
funzionamento; infatti, la struttura elettromeccanica e di controllo della macchina ne causa la
vulnerabilità. In particolare, il mancato movimento di un elemento provoca l’interruzione della
sequenza programmata e tutta la macchina si ferma, mentre il tubo continua ad accumularsi
a monte dell’avvolgitore. In questi casi occorre intervenire in modo tempestivo, riattivando le
funzioni dell’avvolgitore tramite il comando di test iniziale, attraverso cui si controlla il
funzionamento di tutte le strutture mobili della stazione.
65
CAPITOLO 4
I PARAMETRI DI MACCHINA 4.1 Andamento dei parameri di macchina in funzione del diametro nominale del prodotto
Durante l’esperienza di tirocinio, si sono raccolti i dati riguardo ai parametri di funzionamento
delle macchine in base al diametro del prodotto lavorato. Poiché le due stazioni più influenti
sul tubo sono l’unità di estrusione e il corrugatore, si è scelto di tralasciare la raccolta di dati
riguardo all'avvolgitore e alla vasca di raffreddamento.
Di seguito, sono riportati in forma tabellare i valori riguardanti il corrugatore e l’unità di
estrusione in relazione al diametro del prodotto e i relativi grafici che ne descrivono
l’andamento. A tal proposito, è opportuno rilevare che tali analisi hanno solo un valore
descrittivo e le considerazioni effettuate in questo capitolo sono basate solo
sull’osservazione grafica dei campioni.
4.1.1 Parametri di macchina: corrugatore
PARAMETRI DEL CORRUGATORE data tipo linea diametro(mm) T entrata (°C) T uscita (°C) v(m/min)
25/10/10 Roll Cable 3 40 12 17,9 12,18 22/10/10 Roll Cable 2 63 12,1 21,8 18 02/11/10 Roll Cable 2 90 12,1 21,6 15,3 22/10/10 Roll Cable 3 110 12,9 24,1 19,25 27/10/10 Roll Cable 2 125 12 24,3 15 21/10/10 Roll Cable 1 160 12,1 31,6 15
Tabella 4.1.1:Parametri macchina corrugatore
I parametri di macchina analizzati sono la velocità di produzione, la temperatura di entrata e di uscita dell’acqua di raffreddamento degli stampi.; di seguito se ne riportano i
rispettivi andamenti grafici.
Grafico 4.1.1 a :Andamento della velocità di produzione Grafico 4.1.1 b:Andamento della temperatura di entrata
12,18
1815,3
19,2515 15
0
5
10
15
20
25
40 63 90 110 125 160
m/min
diametro nominale(mm)
VELOCITA' DI PRODUZIONE
12 12,1 12,1
12,9
12 12,1
11,5
12
12,5
13
40 63 90 110 125 160
°C
diametro nominale(mm)
TEMPERATURA ACQUA ENTRATA
66
Grafico 4.1.1 c: Andamento temperatura uscita
La velocità di produzione sembra assumere valori tendenzialmente più alti in
corrispondenza dei diametri medi quali il 63 mm o il 110 mm,per poi diminuire con i diametri
piccoli e grandi (40mm e 160mm). Infatti, la velocità più alta registrata è di 19,25 m/min
durante la produzione del 110 mm.
Riguardo alla temperatura dell’acqua di raffreddamento dal gruppo frigo al corrugatore,
l’andamento grafico è pressoché costante, escluso il valore registrato per il diametro 110:
esso si può considerare un outlier dovuto a condizioni ambientali esterne o di impianto.
Infine, considerando il grafico della temperatura dell’acqua dal corrugatore al gruppo frigo, la
retta presenta una pendenza importante per diametri piccoli e grandi, mentre per diametri
intermedi i valori si attestano in una fascia compresa tra i 21,6 e i 24,3 °C.
4.1.2 Parametri di macchina: estrusore
RILEVAZIONI PARAMETRI ESTRUSORE data tipo linea diametro (mm) g vite(1/min) Q (kg/h) p (bar)
25/10/10 Roll Cable 3 40 28,2 58,4 338 22/10/10 Roll Cable 2 63 51,8 151,9 300 02/11/10 Roll Cable 2 90 81,3 224 257 22/10/10 Roll Cable 3 110 173,7 361 341 27/10/10 Roll Cable 2 125 187 367,8 233 21/10/10 Roll Cable 1 160 96,7 554 334
Tabella 4.1.2: Parametri macchina estrusore
Osservando i grafici seguenti, si può notare che la portata dell’estrusore ha un andamento
lineare in base al diametro del tubo corrugato; il valore minimo rilevato è pari a 58,4 kg/h in
corrispondenza del 40 mm mentre il valore massimo di portata pari a 554 kg/h è stato
riscontrato per il diametro 160 mm.
L’andamento dei giri vite in funzione del diametro presenta un andamento irregolare, non
riconducibile ad alcuna relazione lineare.
17,921,8 21,6 24,1 24,3
31,6
0
10
20
30
40
40 63 90 110 125 160
°C
diametro nominale(mm)
TEMPERATURA ACQUA IN USCITA
67
Inoltre, la pressione del fuso (chiamata anche “pressione di massa”) presenta un
andamento compreso tra i 233 bar e i 341 bar e,in prima approssimazione,sembra essere
costante con il diametro del prodotto.
Grafico 4.1.2 a : Andamento portata estrusore Grafico 4.1.2 b : Andamento giri vite estrusore
Grafico 4.1.2 c: Andamento pressione di massa estrusore
4.1.3 Parametri di macchina : coestrusore
RILEVAZIONI PARAMETRI COESTRUSORE data tipo linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar)
25/10/10 Roll Cable 3 40 22,2 19,4 339 22/10/10 Roll Cable 2 63 50,9 45,4 348 02/11/10 Roll Cable 2 90 74,7 63 265 22/10/10 Roll Cable 3 110 124,1 108 354 27/10/10 Roll Cable 2 125 115 97,9 271 21/10/10 Roll Cable 1 160 170,7 138 325
Tabella 4.1.3: Parametri macchina coestrusore
Nel caso del coestrusore, il valore massimo della portata è pari a 138 kg/h per il diametro
160 mm mentre il valore minimo è pari a 19,4 kg/h per il 40 mm; i giri vite presentano un
picco di 170,7 giri/min per il 160mm mentre il valore minimo è di 22,2 giri/min per il 40mm.
58,4151,9
224
361 367,8
554
0100200300400500600
40 63 90 110 125 160
kq/h
diametro nominale(mm)
PORTATA ESTRUSORE
28,251,8
81,3
173,7 187
96,7
0
50
100
150
200
40 63 90 110 125 160
1/min
diametro nominale(mm)
GIRI VITE ESTRUSORE
338300
257
341
233
334
0
100
200
300
400
40 63 90 110 125 160
bar
diametro nominale(mm)
PRESSIONE DI MASSA ESTRUSORE
68
L’andamento della pressione è compreso tra i 265 bar e i 354 bar, pertanto il parametro è
mediamene più alto rispetto alla pressione nell’estrusore; anche in questo caso, l’andamento
della pressione sembra essere costante rispetto al diametro del tubo.
Grafico 4.1.3 a: Andamento portata coestrusore Grafico 4.1.3 b: Andamento giri vite estrusore
Grafico 4.1.3 c: Andamento pressione di massa estrusore
4.2 Sensibilità dei parametri al tipo di prodotto
1)ROLL DRAIN E ROLL COM DIAMETRO 110 LINEA 3
CORRUGATORE
data prodotto linea diametro (mm) T entrata (°C) T uscita (°C) v (m/min) 21/10/10 Roll Drain 3 110 12,8 24,5 20.22 22/10/10 Roll Cable 3 110 12,9 24,1 19.25
ESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar) 21/10/10 Roll Drain 3 110 174,9 364 341 22/10/10 Roll Cable 3 110 173,7 361 341
COESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar) 21/10/10 Roll Drain 3 110 125,9 109 354 22/10/10 Roll Cable 3 110 124,1 108 354
Tabella 4.2 a :Indipendenza dei parametri di linea dal tipo di tubo(1)
19,4
45,463
10897,9
138
0
50
100
150
40 63 90 110 125 160
kg/h
diametro nominale(mm)
PORTATA COESTRUSORE
22,250,9
74,7
124,1 115
170,7
0
50
100
150
200
40 63 90 110 125 160
1/min
diametro nominale(mm)
GIRI VITE COESTRUSORE
339 348
265
354
271325
0
100
200
300
400
40 63 90 110 125 160
bar
diametro nominale(mm)
PRESSIONE DI MASSA COESTRUSORE
69
La tabella 6.2 a è un primo esempio di come i parametri macchina per la produzioni di Roll
Drain e Roll Cable siano sostanzialmente gli stessi; infatti, a parità di linea e di diametro i
valori dei campi sono molto simili o addirittura uguali, come nel caso delle pressioni
all’estrusore e al coestrusore. I dati presenti in tabella sono stati ricavati monitorando la linea
tre per la produzione del medesimo tipo di diametro, ossia il 110mm.
Tabella 4.2 b : Indipendenza dei parametri di linea dal tipo di tubo (2)
Un secondo esempio è spiegato dalla tabella 6.2 b: in questo caso,si sono esaminate le
produzioni alla linea due del diametro 63 mm e i tipi di prodotti coinvolti sono il Roll Com ed il
Roll Drain. Anche in questa situazione, i valori dei parametri si avvicinano molto tra loro. Alla
luce delle analisi fatte, si può affermare che nel tubo corrugato i parametri di macchina non
sono influenzati dalle materie prime,perché esse sono costanti per le tre tipologie di tubo
prodotto.
4.3 Sensibilità dei parametri alla linea di produzione
1)DIAMETRO 125 LINEE 1-2
CORRUGATORE
data prodotto linea diametro (mm) T entrata (°C) T uscita (°C) v (m/min) 27/10/10 Roll Cable 2 125 12 24,3 15 29/10/10 Roll Cable 1 125 11,4 27,4 18,4
ESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar)
27/10/10 Roll Cable 2 125 187 367,8 233 29/10/10 Roll Cable 1 125 77,6 449 227
COESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar)
27/10/10 Roll Cable 2 125 115 97,9 271 29/10/10 Roll Cable 1 125 144,4 119 219
Tabella 4.3 a: Influenza della linea sui parametri macchina (1)
2)ROLL COM E ROLL CABLE DIAMETRO 63 LINEA 2
CORRUGATORE
data prodotto linea diametro (mm) T entrata (°C) T uscita (°C) v (m/min) 26/10/10 Roll Com 2 63 11,4 22,5 18,48 22/10/10 Roll Cable 2 63 12,1 21,8 18
ESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar) 26/10/10 Roll Com 2 63 54,5 154,6 306 22/10/10 Roll Cable 2 63 51,8 151,9 300
COESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar) 26/10/10 Roll Com 2 63 51,4 43,8 349 22/10/10 Roll Cable 2 63 50,9 45,4 348
70
2)DIAMETRO 125 LINEE 1-2
CORRUGATORE
data prodotto linea diametro (mm) T entrata (°C) T uscita (°C) v (m/min) 02/11/10 Roll Com 1 125 11,4 28,3 18,3 27/10/10 Roll Cable 2 125 12 24,3 15
ESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar)
02/11/10 Roll Com 1 125 81,5 464 281 27/10/10 Roll Cable 2 125 187 367,8 233
COESTRUSORE data prodotto linea diametro (mm) g vite (1/min) Q (kg/h) p (bar)
02/11/10 Roll Com 1 125 142,6 116,7 272 27/10/10 Roll Cable 2 125 115 97,9 271
Tabella 4.3 b :Influenza della linea sui parametri macchina (2)
Come dimostrano le due tabelle precedenti, la linea di estrusione ha un’influenza rilevante
sul valore dei parametri macchina;infatti,esclusa le temperatura d’entrata dell’acqua nel
corrugatore, si nota che gli altri parametri cambiano a seconda che il prodotto sia fatto, nei
due casi riportati,alla linea uno o alla linea due. In particolare, la velocità di produzione
permessa dalla linea uno è maggiore rispetto a quella consentita dalla linea due;
nell’estrusore, la portata di massa della linea uno è superiore rispetto alla linea
due,nonostante valga la relazione opposta per quanto riguarda i giri vite. Tale aspetto è
imputabile al diverso diametro della vite: infatti, l’estrusore della linea uno possiede una vite
con diametro di 90 mm,mentre la corrispettiva della linea due possiede un diametro di
75mm, per cui a parità di portata di massa fornita, la vite dell’estrusore uno effettua meno giri
al minuto perché è diametralmente più grande.
Gli andamenti dei parametri di macchina riportati ai paragrafi precedenti non tengono conto
dell’effetto della linea sui parametri stessi; pertanto, essi sono in relazione solamente con il
diametro del prodotto perché l’obiettivo della tesi è quello di elaborare un modello
previsionale in cui, per i parametri macchina,l’unico valore in ingresso sia il diametro del
tubo.
Inoltre, l’esperienza di tirocinio ha consentito la rilevazione di una quantità di dati non
sufficiente per classificare i parametri in base anche alla linea perché le produzioni possono
impiegare anche diversi giorni, per cui risulta molto difficile rilevare tutti i parametri di
interesse per ogni linea e per ogni diametro.
71
CAPITOLO 5
IL CONSUMO ENERGETICO E I COSTI DI PRODUZIONE
5.1 Potenze nominali istallate sulle linee Il presente capitolo ha lo scopo di evidenziare le potenze nominali istallate nelle linee, per poi
descrivere i dati numerici riguardo ai consumi energetici e ai costi di produzione, su cui si
baseranno le considerazioni statistiche al capitolo sette. Inoltre, poiché spesso si parla di
risparmio energetico negli impianti, si è analizzata una possibile causa di spreco energetico,
ipotizzando una soluzione tecnica per impedirlo.
LINEA 1 kW
LINEA 2 kW
LINEA 3 kW dosatori (D) 10
dosatori (D) 10
dosatori (D) 10
gruppo frigo(GF) 60
gruppo frigo (GF) 20
gruppo frigo (GF) 20 estrusore (E) 240
estrusore (E) 170
estrusore (E) 124
coestrusore (COE) 74
coestrusore (COE) 74
coestrusore (COE) 74 resistenze cilindro estrusore (RCE) 168
resistenze cilindro estrusore (RCE) 121
resistenze cilindro estrusore (RCE) 84
resistenze cilindro coestrusore (RCC) 49
resistenze cilindro coestrusore (RCC) 45
resistenze cilindro coestrusore (RCC) 49
resistenze testa(RT) 25
resistenze testa(RT) 25
resistenze testa(RT) 25 movimentazione corrugatore (MC) 40
movimentazione corrugatore (MC) 40
movimentazione corrugatore (MC) 40
ausiliari corrugatore (AC) 28
ausiliari corrugatore (AC) 28
ausiliari corrugatore (AC) 28
vasca di raffreddamento(VR) 5
vasca di raffreddamento(VR) 5
vasca di raffreddamento(VR) 5
Tabella 5.1 a : Potenzialità nominali istallate nelle linee
La tabella 5.1 indica per ogni elemento di linea la potenzialità nominale assorbita; essa
corrisponde alla potenzialità massima istallata e, nella pratica, ogni macchina o
strumentazione non viene mai sfruttata con rendimento pari a 1.
Dal confronto delle tre linee, emerge che le voci discriminanti sono le potenze nominali
dell’estrusore e delle rispettive fasce riscaldanti; infatti, le altre voci non presentano
differenze significative a seconda della linea di appartenenza,come è indicato dal Grafico 5.1
a che rappresenta le potenze nominali assorbite dalle diverse apparecchiature.
In precedenza si è accennato al fatto che tali valori sono nominali perché nella realtà le
potenze reali assorbite sono diverse. Infatti, concentrando l’attenzione sull’unità di
72
estrusione, si può risalire alle potenzialità reali assorbite attraverso i rendimenti indicati nella
Tabella 5.1 b. I rendimenti degli estrusori sono più alti rispetto a quelli dei coestrusori ma,
analizzando il delta tra valore nominale e reale, si nota che l’estrusore della linea uno è
quello sfruttato meno, pur avendo un rendimento del 64%.
Di seguito sono rappresentati gli andamenti delle potenze nominali delle diverse linee e
l’incidenza dei rendimenti sulle potenzialità reali assorbite dall’unità di estrusione per ogni
linea.
Grafico 5.1 a: Andamento delle potenze nominali per ogni linea
POTENZE NOMINALI(kW) RENDIMENTI(kW)
POTENZE REALI(kW) DELTA
ESTRUSORE LINEA 1(E1) 240 0,64 153,6 86,4 COESTRUSORE LINEA 1(COE1) 74 0,6 44,4 29,6
ESTRUSORE LINEA 2(E2) 170 0,65 110,5 59,5 COESTRUSORE LINEA 2(COE2) 74 0,55 40,7 33,3
ESTRUSORE LINEA 3(E3) 124 0,65 80,6 43,4 COESTRUSORE LINEA 3(COE3) 74 0,49 36,26 37,74
Tabella 5.1 b: Rendimenti delle unità di estrusione
Grafico 5.1 b: Differenza tra potenze nominali e reali assorbite
10
60
240
74
168
4925 40 28
510 20
170
74121
4525 40 28
510 20
124
74 8449
25 40 2850
50
100
150
200
250
300
kw
POTENZE NOMINALI ISTALLATE NELLE LINEE
linea 1linea 2linea 3
240
74
170
74
124
74
153,6
44,4
110,5
40,7
80,6
36,260
50
100
150
200
250
300Kw
elementi
POTENZE REALI E NOMINALI ASSORBITE DALL'UNITA' DI ESTRUSIONE
potenza nominale
potenza reale
73
5.2 Consumo energetico e costo di produzione in funzione del diametro del tubo
Contrariamente ai parametri macchina, le seguenti considerazioni sui costi di produzione e
sui consumi energetici sono supportate da dati forniti dall’Ufficio Produzione e si riferiscono
ad un periodo di nove mesi,dal 1 Gennaio ’10 al 30 Settembre ’10.
Inizialmente, i dati forniti erano il consumo energetico, il costo di produzione totale e il costo
di produzione per una tonnellata,calcolati per ogni diametro nelle rispettive linee di
produzione. Dividendo i costi totali con i relativi valori del costo a tonnellata si sono ricavate
le quantità prodotte con riferimento il periodo di osservazione; dividendo il consumo
energetico totale per le tonnellate prodotte si è determinato poi il consumo energetico per
una tonnellata di prodotto.
linea D (mm)
ton prod
ton/mese
cet kWh tot
costo prod totale
cps euro/ton
ces kWh/ton
cem kWh/mese
3 40 69,24 7,69 197317,56 21704,93 313,46 25646,73 21924,17 3 50 124,97 13,89 181181,63 19929,98 159,48 13048,36 20131,29 3 63 201,68 22,41 214130,87 23554,4 116,79 9555,54 23792,32 2 63 201,68 22,41 234111,92 25752,31 127,69 10447,36 26012,44 2 75 139,92 15,55 135763,71 14934,01 106,73 8732,45 15084,86 2 90 370,86 41,21 266614,53 29327,6 79,08 6470,18 29623,84 2 110 641,82 71,31 407786,84 44856,55 69,89 5718,27 45309,65 1 110 641,82 71,31 448221,31 49304,34 76,82 6285,27 49802,37 1 125 830,84 92,32 528864,26 58175,07 70,02 5728,91 58762,70 1 140 51,13 5,68 31433,86 3457,72 67,62 5532,55 3492,65 1 160 742,43 82,49 381473,46 41962,08 56,52 4624,36 42385,94
Tabella 5.2 a: Costi e consumi totali e specifici su 9 mesi di produzione
I parametri energetici e di costo descritti sono il cet (consumo energetico totale su 9 mesi di
produzione), il cps (costo di produzione specifico), il ces (consumo energetico specifico) ed
il cem (consumo energetico mensile).
Di seguito sono rappresentati gli andamenti dei parametri accennati in precedenza, in
funzione dei diametri prodotti e delle linee. Osservando i grafici corrispondenti, il consumo
energetico e il costo di produzione specifici sembrano essere inversamente proporzionali ai
diametri.
Sfruttando questa situazione, l’azienda tende a privilegiare la produzione dei diametri medio
- grandi,compatibilmente con le esigenze di mercato e di stock. Ciò è dimostrato dal grafico
5.2 c che rappresenta le tonnellate prodotte per ogni diametro, in relazione ai 9 mesi di
osservazione: i picchi di produzione si sono avuti per diametri 125 mm e 160 mm, prodotti
74
nella linea uno. L’elevata produzione di queste figure è stata dettata sicuramente da ragioni
di mercato e di ripristino delle scorte; tuttavia, i valori particolarmente bassi dei costi di
produzione e del consumo energetico specifici ne hanno favorito la programmazione
produttiva, assegnando gli ordini di produzione alla linea uno.
Grafico 5.2 a: Andamento del costo di produzione specifico
Grafico 5.2 b: Andamento del consumo energetico specifico
In particolare, il costo di produzione specifico presenta il valore massimo di 313,45 euro/ton
alla linea tre per il diametro 40 mm mentre il valore minimo del parametro è 56,52 euro/ton
rilevato alla linea uno con il 160 mm. Riguardo al consumo energetico specifico, il valore
minimo rilevato è di 4624,36 kWh/ton per la linea uno e il diametro 160 mm,mentre il valore
massimo è pari a 25646,73 kWh/ton per la linea tre e il diametro 40 mm.
Considerando i nove mesi di rilevazione dei parametri, si possono ricavare i consumi
energetici totali delle linee moltiplicando il consumo energetico specifico per le tonnellate
313,46
159,48127,69
106,7379,08 76,82 70,02 67,62 56,52
0
50
100
150
200
250
300
350
3(40) 3(50) 3(63) 2(63) 2(75) 2(90) 2(110) 1(110) 1(125) 1(140) 1(160)
euro/ton
linea(diametro nominale in mm)
COSTO PRODUZIONE SPECIFICO(CPS)
25646,73
13048,369555,54 8732,45
6470,18 6285,27 5532,554624,36
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
3(40) 3(50) 3(63) 2(63) 2(75) 2(90) 2(110) 1(110) 1(125) 1(140) 1(160)
kWh/ton
linea(diametro nominale in mm)
CONSUMO ENERGETICO SPECIFICO(CES)
75
prodotte in funzione del diametro e della linea. Il grafico 5.2.f dimostra che la linea uno
incide per il 46 % circa sui consumi energetici totali del periodo di riferimento; seguono poi le
linee due e tre rispettivamente con il 34,5% e con il 19,6%.
Grafico 5.2 c: Produzione totale in relazione al diametro del prodotto
Grafico 5.2 d: Produzione totale in relazione al diametro del prodotto
Grafico 5.2 e: Produzione totale in relazione al diametro del prodotto
69,24124,97
201,68
641,82
830,84
51,13
742,43
0100200300400500600700800900
3(40) 3(50) 3(63) 2(63) 2(75) 2(90) 2(110)1(110)1(125)1(140)1(160)
ton
linea(diametro nominale in mm)
TONS PRODOTTE NELLE LINEE
181181,63234111,92
135763,71
407786,84448221,31
528864,26
31433,86
381473,46
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
3(40) 3(50) 3(63) 2(63) 2(75) 2(90) 2(110)1(110)1(125)1(140)1(160)
kWh totali
linea(diametro nominale in mm)
CONSUMO ENERGETICO TOTALE(CET)
15084,86
45309,6549802,37
58762,70
3492,65
42385,94
0,00
10000,00
20000,00
30000,00
40000,00
50000,00
60000,00
70000,00
kWh/mese
linea (diametro nominale in mm)
CONSUMO ENERGETICO MENSILE(CEM)
76
Grafico 5.2 f :Consumo energetico percentuale delle linee nel periodo di riferimento
5.3 Zone di dissipazione energetica
Figura 5.3 : Azione delle fasce riscaldanti
Pur essendoci diverse zone di dissipazione di energia nella linea, la stazione più delicata in
questo senso è l’unità di estrusione; in particolare, il funzionamento delle fasce riscaldanti
attualmente istallate sui cilindri delle linee non è ottimizzato.
Infatti, come si vede in Figura 5.3, nella fase di avviamento la fascia riscaldante inizia a
lavorare al pieno della propria potenzialità calorifica ,raggiungendo all’istante t1 il valore
settato; a questo punto essa di spegne, per cui la temperatura del cilindro tende a diminuire.
Avvertendo tale fenomeno, tramite il sistema di gestione e rilevazione della temperatura, la
fascia riscaldante riprende a riscaldare sempre al 100% della propria potenzialità,
raggiungendo e superando la temperatura impostata del cilindro e questo processo “ad
45,92
34,50
19,58
CONSUNTIVO CONSUMO ENERGETICO % DI OGNI LINEA
linea 1
linea 2
linea 3
77
impulsi” si continua a ripetere. Il grafico soprastante evidenzia la quota energetica sprecata
nei picchi continui per il mantenimento del valore di set.
La soluzione consiste nell’istallare delle fasce che prevedano un impulso al 100% solo nella
fase iniziale di raggiungimento del valore settato; nella fase invece di mantenimento, la
potenzialità della resistenza dovrebbe essere circa il 30% di quella massima, in modo tale da
“inseguire” con più precisione il valore impostato di temperatura del cilindro.
Quest'aspetto è molto importante se si considera che la quota di energia termica fornita in
più dalle fasce non ottimizzate viene asportata tramite il sistema di soffianti;quindi, in questa
situazione si ha un duplice spreco di energia dovuto all’eccessivo riscaldamento del cilindro
e al suo raffreddamento forzato fino alla temperatura di set.
I maggiori costruttori di estrusori stanno introducendo una nuova tecnologia di riscaldamento
del cilindro per evitare fenomeni dissipativi come quelli accennati precedentemente. I nuovi
cilindri saranno riscaldati non più per conduzione tramite fasce in materiale ceramico,ma
attraverso onde elettromagnetiche ad infrarosso:in tale modo, il calore viene sviluppato in
modo più omogeneo e la superficie del cilindro risulterà a temperatura uniforme. Inoltre,
questo sistema sarà più efficiente e versatile perché la performance dell’apparato riscaldante
(e quindi la sua potenzialità) potrà essere regolabile agendo sulla sorgente di onde.
78
CAPITOLO 6
I PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO CORRUGATO
6.1 Andamento dei parametri dimensionali medi in funzione del diametro
I dati forniti dall’Ufficio Controllo Qualità si riferiscono a un periodo che va dal 10 Giugno ’10
all’ 8 Ottobre ’10; per ogni diametro, sono stati verificati i parametri dimensionali del tubo
(indicati in Figura 2.4.2 a) ed il peso al metro. La tabella 6.1 a sintetizza i valori medi dei
parametri per ogni diametro, per cui ogni valore è la media di undici rilevazioni effettuate in
date diverse nel periodo di studio. Lo scopo della trattazione è di descrivere l’andamento dei
parametri dimensionali medi, raccogliendo i dati utili per le considerazioni effettuate al
capitolo 7 e determinare poi dai dati effettivi rilevati il parametro dimensionale maggiormente
fuori specifica.
Di seguito saranno riportati gli andamenti grafici dei parametri dimensionali che, come nel
caso dei parametri macchina e dei consumi energetici, hanno un valore descrittivo del
campione rilevato, senza alcuna valenza inferenziale.
DN(mm) DE (mm) D I (mm) A (mm) B (mm) sp1 (mm) sp2 (mm) p(g/m) 40 40,39 32,77 4,55 3,85 0,42 0,25 111,09 50 50,47 41,56 5,11 4,51 0,44 0,23 148,18 63 63,70 52,74 6,90 5,55 0,45 0,18 178,73 75 76,11 62,80 7,16 6,70 0,42 0,29 233,91 90 91,38 76,37 8,05 7,58 0,48 0,33 320,91
110 111,66 93,92 10,89 8,88 0,59 0,34 415,00 125 126,78 107,90 10,62 9,56 0,60 0,35 514,27 160 162,14 138,45 13,37 11,81 0,71 0,37 776,55
Tabella 6.1 :Valori medi dei parametri dimensionali in funzione del diametro nominale
Grafico 6.1 a: Andamento diametro esterno Grafico 6.1 b: Andamento diametro interno
40,39 50,4763,70
76,1191,38
111,66126,78
162,14
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
DE
32,77 41,5652,74
62,8076,37
93,92107,90
138,45
0,00
50,00
100,00
150,00
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
DI
79
Grafico 6.1 c: Andamento larghezza costa Grafico 6.1 d: Andamento altezza costa
Grafico 6.1 e: Andamento spessore strato esterno Grafico 6.1 f: Andamento spessore strato interno
Grafico 6.1 g: Andamento peso al metro
Osservando visivamente i grafici soprastanti, si nota che l’andamento dei dati sperimentali
rilevati è generalmente lineare rispetto al diametro del prodotto; il set di dati riguardo lo
spessore dello strato interno (sp2) presenta un dato anomalo per il diametro 63 mm, in
contrasto con la tendenza del campione di osservazioni.
4,55 5,116,90 7,16
8,05
10,8910,62
13,37
0,002,004,006,008,00
10,0012,0014,0016,00
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
A
3,85 4,515,55
6,707,58
8,88 9,56
11,81
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
B
0,42 0,44 0,45 0,420,48
0,59 0,60
0,71
0,000,100,200,300,400,500,600,700,80
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
sp1
0,250,23
0,18
0,290,33 0,34 0,35 0,37
0,000,050,100,150,200,250,300,350,40
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
sp2
111,09148,18178,73233,91
320,91415,00
514,27
776,55
0,00100,00200,00300,00400,00500,00600,00700,00800,00900,00
40 50 63 75 90 110 125 160
mm
diametri nominali(mm)
p
80
6.2 Parametri dimensionali effettivi rilevati
Al paragrafo 6.1 si sono esaminati gli andamenti medi dei parametri dimensionali del tubo;
come già accennato, essi sono la media di 11 rilevazioni per ciascun parametro,in funzione
del diametro del prodotto. Nelle tabelle seguenti sono indicate tutte le rilevazioni, la cui
dispersione è dettata dalla deviazione standard per ogni parametro esaminato.
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 40 40,4 33,01 4,6 3,87 0,5 0,38 120 2 40 40,43 32,84 4,61 3,9 0,54 0,36 122 3 40 40,39 32,83 4,56 3,91 0,39 0,22 111 4 40 40,35 32,81 4,53 3,9 0,41 0,24 107 5 40 40,39 32,64 4,52 3,86 0,4 0,2 109 6 40 40,38 32,73 4,46 3,84 0,41 0,2 109 7 40 40,34 32,75 4,57 3,78 0,4 0,23 109 8 40 40,29 32,69 4,48 3,82 0,43 0,24 110 9 40 40,43 32,69 4,59 3,85 0,39 0,25 109 10 40 40,4 32,63 4,53 3,8 0,4 0,27 109 11 40 40,44 32,8 4,56 3,81 0,39 0,2 107
media(mm) 40,38 32,76 4,55 3,85 0,43 0,26 111,50
dev std(mm) 0,04 0,10 0,05 0,04 0,05 0,06 5,05
Tabella 6.2 a:Rilevazioni diametro 40 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 50 50,49 41,41 5,07 4,53 0,46 0,19 150 2 50 50,56 41,58 4,89 4,53 0,44 0,2 149 3 50 50,56 41,55 4,99 4,54 0,43 0,18 147 4 50 50,54 41,58 4,94 4,55 0,48 0,31 154 5 50 50,42 41,61 5,14 4,5 0,45 0,28 150 6 50 50,46 41,54 5,25 4,51 0,44 0,23 148 7 50 50,39 41,85 5,33 4,4 0,44 0,23 145 8 50 50,31 41,59 5,35 4,53 0,45 0,21 145 9 50 50,53 41,43 5,12 4,52 0,45 0,27 151 10 50 50,47 41,51 5,1 4,5 0,43 0,24 147 11 50 50,43 41,56 5,08 4,51 0,42 0,2 144
media(mm) 50,47 41,56 5,11 4,51 0,44 0,23 148,18
dev std(mm) 0,08 0,11 0,15 0,04 0,02 0,04 2,99
Tabella 6.2 b:Rilevazioni diametro 50 mm
81
Tabella 6.2 c: Rilevazioni diametro 63 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 75 76,01 62,89 7,19 6,75 0,47 0,34 234 2 75 76,16 62,72 7,31 6,7 0,43 0,31 233 3 75 76,07 62,87 7,37 6,76 0,46 0,31 248 4 75 76,19 62,87 7,39 6,8 0,47 0,3 231 5 75 76,18 62,65 7,09 6,67 0,4 0,27 230 6 75 76,25 62,74 6,96 6,67 0,42 0,35 248 7 75 76,13 62,85 7,06 6,65 0,43 0,29 230 8 75 75,89 62,67 6,96 6,68 0,38 0,22 227 9 75 76,03 62,88 7,21 6,72 0,4 0,25 237 10 75 76,12 62,86 7,08 6,63 0,39 0,23 227 11 75 76,13 62,82 7,18 6,71 0,4 0,27 228
media(mm) 76,11 62,80 7,16 6,70 0,42 0,29 233,91
dev std(mm) 0,10 0,09 0,15 0,05 0,03 0,04 7,60
Tabella 6.2 d: Rilevazioni diametro 75 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 90 91,2 76,43 8,04 7,62 0,5 0,36 316 2 90 91,38 76,57 7,93 7,59 0,52 0,33 313 3 90 91,35 76,44 8,03 7,62 0,48 0,36 315 4 90 91,35 76,24 8,15 7,6 0,49 0,31 315 5 90 91,2 76,48 8,22 7,55 0,48 0,31 311 6 90 91,58 76,35 8,01 7,64 0,52 0,32 330 7 90 91,51 76,34 8,11 7,66 0,47 0,38 331 8 90 91,56 76,24 8,02 7,65 0,47 0,35 332 9 90 91,38 76,25 8,08 7,52 0,48 0,32 325 10 90 91,29 76,38 7,99 7,42 0,48 0,35 329 11 90 91,43 76,3 7,93 7,55 0,44 0,27 313
media(mm) 91,38 76,372 8,058 7,587 0,489 0,339 321,7
dev std(mm) 0,13 0,11 0,09 0,07 0,02 0,03 8,41
Tabella 6.2 e: Rilevazioni diametro 90 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 63 63,89 52,88 7,13 5,63 0,48 0,27 183 2 63 63,74 52,66 6,67 5,54 0,45 0,18 184 3 63 63,6 52,73 7,05 5,55 0,44 0,15 176 4 63 63,72 52,76 7,09 5,54 0,51 0,16 177 5 63 63,66 52,69 7,06 5,5 0,45 0,13 174 6 63 63,82 52,77 6,75 5,54 0,48 0,18 182 7 63 63,6 52,78 6,98 5,42 0,43 0,18 178 8 63 63,69 52,63 6,78 5,45 0,42 0,18 177 9 63 63,74 52,71 6,76 5,61 0,43 0,17 176 10 63 63,57 52,78 6,83 5,5 0,46 0,17 176 11 63 63,68 52,79 6,77 5,52 0,45 0,19 183
media(mm) 63,70 52,74 6,90 5,55 0,45 0,18 178,73
dev std(mm) 0,10 0,07 0,17 0,06 0,03 0,03 3,55
82
Tabella 6.2 f : Rilevazioni diametro 110 mm
Tabella 6.2 g : Rilevazioni diametro 125 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 160 161,96 138,31 13,39 11,71 0,79 0,36 782 2 160 162 138,16 13,42 11,8 0,71 0,34 772 3 160 162,08 138,32 13,37 11,86 0,78 0,36 776 4 160 162,05 138,35 13,31 11,87 0,7 0,39 774 5 160 162,18 138,7 13,47 11,81 0,68 0,39 783 6 160 162,38 138,68 13,43 11,74 0,67 0,42 775 7 160 162,32 138,44 13,51 11,84 0,67 0,35 773 8 160 162,21 138,61 13,23 11,79 0,69 0,37 771 9 160 162,16 138,31 13,29 11,87 0,68 0,33 772 10 160 162,14 138,55 13,27 11,78 0,7 0,37 779 11 160 162,1 138,48 13,37 11,82 0,7 0,36 785
media(mm) 162,14 138,45 13,37 11,81 0,71 0,37 776,55
dev std(mm) 0,13 0,17 0,09 0,05 0,04 0,03 4,93
Tabella 6.2 h : Rilevazioni diametro 160 mm
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 110 111,71 94,03 11 8,91 0,6 0,42 415 2 110 111,66 94,17 10,96 8,8 0,71 0,43 413 3 110 111,56 94,17 11,04 8,75 0,66 0,39 413 4 110 111,65 93,91 10,94 8,96 0,6 0,35 418 5 110 111,62 93,78 10,97 8,98 0,61 0,3 417 6 110 111,72 93,93 10,95 8,94 0,6 0,3 410 7 110 111,5 93,8 10,98 8,92 0,56 0,3 407 8 110 111,7 93,94 10,87 8,87 0,55 0,33 423 9 110 111,68 93,73 10,83 8,9 0,56 0,27 411 10 110 111,72 93,84 10,86 8,86 0,53 0,29 420 11 110 111,71 93,83 10,96 8,83 0,53 0,34 418
media(mm) 111,652 93,93 9,94545455 8,889 0,598 0,338 414,7
dev std(mm) 0,07 0,15 0,06 0,07 0,06 0,05 4,73
campione d.nominale de(mm) di (mm) A(mm) B(mm) sp1(mm) sp2(mm) peso (g/m) 1 125 126,61 108,26 10,66 9,55 0,62 0,39 516 2 125 126,68 108 10,62 9,46 0,63 0,36 525 3 125 126,59 107,94 10,56 9,57 0,61 0,36 518 4 125 126,79 107,82 10,69 9,58 0,6 0,33 515 5 125 126,79 107,97 10,73 9,61 0,61 0,35 519 6 125 126,89 107,82 10,67 9,78 0,65 0,37 517 7 125 126,76 107,6 10,6 9,58 0,58 0,32 509 8 125 126,86 107,95 10,58 9,56 0,59 0,34 505 9 125 126,79 107,88 10,58 9,61 0,55 0,35 502 10 125 126,85 107,83 10,43 9,47 0,55 0,37 506 11 125 126,98 107,78 10,65 9,43 0,59 0,34 525
media(mm) 126,78 107,90 10,62 9,56 0,60 0,35 514,27
dev std(mm) 0,12 0,16 0,08 0,09 0,03 0,02 7,81
83
I dati effettivi sono stati presentati per completezza ed hanno lo scopo di evidenziare il
procedimento che ha portato alla creazione della tabella 6.1.Tuttavia, a livello analitico, si è
preferito evitare di descrivere gli andamenti specifici dei dati rilevati perché il capitolo ha la
funzione di presentare la descrizione media dei parametri,da cui si ricaveranno le leggi per il
modello previsionale. Essendo il modello una stima,si è scelto di analizzare solo l’andamento
dei valori medi in modo tale da essere coerenti con il carattere “non deterministico” del
modello ed avere un numero di dati facilmente gestibile.
6.3 Analisi delle non conformità dei parametri dimensionali
Grazie ai dati forniti dal Controllo Qualità, è stato possibile verificare quale parametro
dimensionale del prodotto sia il più critico; in particolare, si è verificato il numero di
osservazioni su 11 rilevate che non erano conformi al valore di specifica,indicato per ogni
parametro e diametro nella Tabella 6.2 a.
DN(mm) de (mm) di (mm) A (mm) B (mm) sp1 (mm) sp2 (mm) p(g/m) 40 40+0.7max min 32.2 min 4.1 min 3.9 min0.4 min0.2 103-107 50 50+0.9 max min 40.8 min 4.6 min 4.6 min 0.5 min 0.2 145-155 63 63+1.2 max min 51.5 min 6.2 min 5.75 min 0.5 min 0.2 180-190 75 75+1.4max min 61.5 min 6.8 min 6.75 min 0.4 min 0.2 225-235 90 90+1.7max min 74.8 min7.6 min7.6 min 0.5 min 0.2 310-320 110 110+2max min 92.2 min 10.3 min 8.9 min 0.5 min 0.2 410-430 125 125+2.3max min 105.7 min 10 min 9.65 min 0.6 min 0.2 515-535 160 160+2.9max min 136.4 min 12.7 min 11.8 min 0.7 min 0.2 765-795
Tabella 6.3 a: Valori di specifica per ogni in funzione del parametro dimensionale e del diametro
Dall’analisi accennata sopra,si sono calcolati i coefficienti di non conformità(CNF) tramite
il rapporto tra il numero di osservazioni non conformi e il numero totale di osservazioni,ossia
11; questo procedimento ha portato ai risultati in Tabella 6.2 b.
DN(mm) CNF de CNF di CNF A CNF B CNF sp1 CNF sp2 CNF p 40 0 0 0 0,73 0,27 0,00 0,82 50 0 0 0 1,00 1,00 0,18 0,09 63 0 0 0 1,00 0,91 0,91 0,64 75 0 0 0 0,73 0,18 0,00 0,27 90 0 0 0 0,45 0,73 0,00 0,45
110 0 0 0 0,45 0,00 0,00 0,09 125 0 0 0 0,91 0,45 0,00 0,36 160 0 0 0 0,36 0,45 0,00 0,00
Tabella 6.3 b: CNF in funzione del parametro e del diametro del prodotto
In seguito, si sono calcolati i CNF MEDI per evidenziare quale parametro presenta la non
conformità mediamente più alta considerando la gamma dei prodotti principali e tali valori si
sono rappresentati nel Grafico 6.2 a.
84
CNF MEDIO DE
CNF MEDIO DI
CNF MEDIO A
CNF MEDIO B
CNF MEDIO sp1
CNF MEDIO sp2
CNF MEDIO p
0 0 0 0,70 0,5 0,14 0,34 Tabella 6.3 c: CNF MEDI in funzione del parametro e del diametro del prodotto
Come si nota dal grafico, il valore mediamente più alto di non conformità è caratteristico del
parametro B, ossia dell’altezza della costa. Tuttavia, dal punto di vista funzionale, B non ha
un ruolo decisivo, mentre i parametri determinanti per le caratteristiche meccaniche sono A e
lo spessore dello strato esterno sp1. In questo senso, A è perfettamente in linea con le
specifiche mentre sp1 presenta un CNF MEDIO di 0.5.
Grafico 6.3: CNF MEDI in funzione del tipo di tubo
Per ovviare alla non conformità del parametro sp1, è importante effettuare un maggiore
controllo negli organi di regolazione dello spessore in macchina. In particolare, una soluzione
potrebbe essere l’istallazione di un sistema di scansione, collegato in modo retroattivo alle
viti di regolazione della testa, che permetta il monitoraggio continuo dello spessore sulla
circonferenza del tubo e, in base all’errore riscontrato,invii dei segnali di correzione alla
filiera. In questo modo, la regolazione dello spessore avviene più tempestivamente rispetto
all’attuale modalità riscontrata in linea. Tuttavia, è ovvio che implementare un sistema di
regolazione automatico degli spessori comporta un costo di strumentazione e istallazione
importante, giustificabile solo per volumi produttivi considerevoli.
0 0 0
0,70
0,5
0,14
0,34
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
CNF MEDIO E
CNF MEDIO I
CNF MEDIO A
CNF MEDIO B
CNF MEDIO SP1
CNF MEDIO SP2
CNF MEDIO P
tipo parametro
CNF MEDI
85
CAPITOLO 7
RELAZIONI DEI PARAMETRI MACCHINA, DIMENSIONALI,DEL CONSUMO ENERGETICO E DEL
COSTO DI PRODUZIONE SPECIFICI
7.1 Determinazione equazioni dei parametri di macchina
Il primo passo per la determinazione del modello previsionale è la stima della retta di
regressione per il set campionario a disposizione; tramite il calcolo dei coefficienti b1 e b0, si
ottiene una retta che restituisce un output in funzione di un valore di input, nella fattispecie il
diametro del tubo.
È fondamentale rilevare che la stima delle rette di regressione è un’analisi statistica
descrittiva, pertanto non è corretto estendere tali relazioni a tutta la popolazione di dati
campionari facenti parte il processo produttivo.
Di seguito, sono riportati i procedimenti per la stima delle rette di regressione per i parametri
di linea,suddivisi in base alla stazione di competenza.
7.1.1 Estrusore
La tabella 7.1.1 a riassume i parametri macchina che interessano l’estrusore;verranno
stimate in ordine le equazioni della portata, della pressione e dei giri vite.
PARAMETRI MACCHINA: ESTRUSORE diametro (mm) portata (kg/h) pressione (bar) giri vite (1/min)
40 58,4 338 28,2 63 151,9 300 51,8 90 224 257 81,3 110 361 341 173,7 125 367,8 233 187 160 554 334 96,7
d medio Q media p media g media 98 286,1833333 300,5 103,12
Tabella 7.1.1 a :Sintesi parametri estrusore
86
1)RETTA PORTATA d-dmedia Q-Qmedia (d-dmedia)*(Q-Qmedia) (d-dmedia)^2
-58 -227,7833 13211,4314 3364 -35 -134,2833 4699,9155 1225 -8 -62,1833 497,4664 64 12 74,8167 897,8004 144 27 81,6167 2203,6509 729 62 267,8167 16604,6354 3844
somma somma 38114,9 9370 Q=4,07*D-112,457
b1 b0 indice di correlazione 4,067758805 -112,45703 0,99132188 Tabella 7.1.1 b :Procedimento analitico per la stima della retta di portata
2)RETTA PRESSIONE d-d media p-pmedia (d-dmedia)*(p-pmedia) (d-dmedia)^2
-58 37,5 -2175 3364 -35 -0,5 17,5 1225 -8 -43,5 348 64 12 40,5 486 144 27 -67,5 -1822,5 729 62 33,5 2077 3844
somma somma -1069 9370 P=-0,11409*D+311,7
b1 b0 indice di correlazione -0,114087513 311,6805763 -0,10717581 Tabella 7.1.1 c :Procedimento analitico per la stima della retta di pressione
3)RETTA GIRI VITE d-d media g-gmedia (d-dmedia)*(g-gmedia) (d-dmedia)^2
-58 -74,9167 4345,1686 3364 -35 -51,3167 1796,0845 1225 -8 -21,8167 174,5336 64 12 70,5833 846,9996 144 27 83,8833 2264,8491 729 62 -6,4167 -397,8354 3844 somma somma 9029,8 9370
G=0,963693*D+8,674788 b1 b0 indice di correlazione 0,963692636 8,674788332 0,647098243 Tabella 7.1.1 d :Procedimento analitico per la stima della retta dei giri vite
Il campione di dati esaminato evidenzia che la portata dell’estrusore è in relazione lineare
diretta con il diametro del tubo; ciò è dimostrato dall’indice di correlazione pari a 0,99.
Tuttavia, essendo proporzionale alla sezione di passaggio, è più corretto affermare che
tecnicamente essa è proporzionale al quadrato del diametro. La retta di regressione ricavata
87
è Q=4,07*D-112,457, dove Q è la portata di fuso espressa in kg/h mentre D è il diametro del
tubo espresso in mm.
Considerando l’analisi effettuata per la pressione del fuso alla fine dell’estrusore, l’indice di
correlazione pari a -0,107 indica l’assenza di una relazione lineare tra il parametro pressione
e il diametro del tubo, pertanto la retta ricavata con l’analisi di regressione non può essere
inserita nel modello previsionale. Come mostra l’andamento del Grafico 4.1.2.c , la pressione
ha un comportamento oscillante tra il valore minimo di 233 bar ed il valore massimo di 341
bar per cui,in prima approssimazione, il diametro del tubo sembra non influire sulla pressione
alla fine dell’estrusore. Tale fenomeno è giustificabile riflettendo sui sistemi di rilevazione
della pressione nell’unità di estrusione; infatti, come indicato in Figura 3.4.2 n, il sensore di
rilevamento della pressione è situato in una zona standard della macchina perché la sezione
di uscita dall’estrusore rimane costante per tutti i diametri prodotti. La modifica delle aree di
passaggio del materiale avviene a valle del punto di rilevamento e quindi non incide sul
valore di pressione rilevato. Se si volesse rilevare la pressione del fuso nell’iniettore della
filiera di estrusione, occorrerebbe istallare un sensore di pressione specifico ed è probabile
che il valore ottenuto sia più basso rispetto a quello rilevato all’uscita dell’estrusore perché
occorre considerare le perdite di carico; infatti, tanto più si ha una diminuzione della sezione
di passaggio nella filiera rispetto all’uscita dell’estrusore, tanto più le perdite di carico faranno
abbassare la pressione del fuso nella testa.
Anche per i giri vite l’indice di correlazione non è significativo nell’ottica di una relazione
lineare. I giri vite dell’estrusore sono funzione della portata estrusa e del diametro della vite
stessa; poiché i dati campionari sono stati rilevati in linee i cui estrusori hanno diametri di vite
diversi, il parametro diventa una funzione in due variabili (portata e diametro vite) che non si
può chiaramente approssimare ad una retta. Pertanto, i giri vite dell’estrusore non possono
essere inseriti tra i parametri stimati dal modello perché esso richiede come unica variabile
indipendente il diametro del prodotto .
7.1.2 Coestrusore
PARAMETRI MACCHINA: COESTRUSORE diametro (mm) portata (kg/h) pressione (bar) g vite (1/min)
40 19,4 339 22,2 63 45,4 348 50,9 90 63 265 74,7 110 108 354 124,1 125 97,9 271 115 160 138 325 170,7
d medio Q media p media g vite medi 98 78,61666667 317 92,93
Tabella 7.2.2 a : Sintesi dati corrugatore
88
Analogamente all’estrusore, si sono calcolate e commentate le relazioni per quanto riguarda
i parametri del coestrusore ossia portata,pressione del fuso e giri vite.
1)RETTA PORTATA d-dmedia Q-Qmedia (d-dmedia)*(Q-Qmedia) (d-dmedia)^2
-58 -59,2167 3434,5686 3364 -35 -33,2167 1162,5845 1225 -8 -15,6167 124,9336 64 12 29,3833 352,5996 144 27 19,2833 520,6491 729 62 59,3833 3681,7646 3844 somma somma 9277,1 9370
Q=0,99009*D-18,4117 b1 b0 indice di correlazione 0,9900854 -18,4117 0,977367004 Tabella 7.1.2 b: Procedimento analitico per la stima della retta di portata
2)RETTA PRESSIONE d-dmedia p-pmedia (d-dmedia)*(p-pmedia) (d-dmedia)^2
-58 22 -1276 3364 -35 31 -1085 1225 -8 -52 416 64 12 37 444 144 27 -46 -1242 729 62 8 496 3844 somma somma -2247 9370
P=-0,23981*D+340,501 b1 b0 indice di correlazione -0,239807898 340,501174 -0,26457227 Tabella 7.1.2 c :Procedimento analitico per la stima della retta di pressione
3)RETTA GIRI VITE d-dmedia g-gmedia (d-dmedia)*(g-gmedia) (d-dmedia)^2
-58 -70,73 4102,34 3364 -35 -42,03 1471,05 1225 -8 -18,23 145,84 64 12 31,17 374,04 144 27 22,07 595,89 729 62 77,77 4821,74 3844 somma somma 11510,9 9370
G=1,22848*D-27,4582 b1 b0 indice di correlazione 1,228484525 -27,45815012 0,983870551 Tabella 7.1.2 d :Procedimento analitico per la stima della retta dei giri vite
L’analisi statistica effettuata per la portata del coestrusore indica una dipendenza lineare
diretta, anche se essa è leggermente inferiore a quella riscontrata per la portata
dell’estrusore, dato l’indice di correlazione pari a 0,977. La retta di regressione è
89
Q=0,99009*D-18,4117. Inoltre,l’indice di correlazione calcolato per la pressione del fuso
evidenzia l’assenza di una relazione lineare tra il parametro e il diametro del tubo, pertanto la
retta calcolata non ha significato. Essendo il coestrusore un estrusore di dimensioni ridotte,
le ragioni dell’andamento costante della pressione del fuso sono le stesse evidenziate per
l’estrusore.
I dati riguardanti i giri vite hanno evidenziato una forte relazione diretta con il diametro del
tubo. In precedenza, si è accennato che essi sono funzione della portata e del diametro della
vite: in questo campione di dati, il diametro della vite è costante in quanto su tutte e tre le
linee i coestrusori sono equipaggiati con viti da 45 mm. Quindi,i giri vite diventano funzione
solamente della portata estrusa ed essendo essa linearmente dipendente dal diametro al
quadrato del tubo,anche i giri vite saranno linearmente dipendenti con il diametro del
prodotto. Pertanto, la retta di regressione calcolata G=1,22848*D-27,4582 ha significato .
7.1.3 Corrugatore
Di seguito sono riportate le analisi statistiche che hanno determinato le relazioni per i
parametri del corrugatore; si sono calcolati anche gli indici di correlazione per evidenziare il
carattere lineare o non lineare della relazione determinata.
PARAMETRI MACCHINA: CORRUGATORE diametro (mm) v (m/min) tA (°C) tR (°C)
40 12,18 12 17,9 63 18 12,1 21,8 90 15,3 12,1 21,6 110 19,25 12,9 24,1 125 15 12 24,3 160 15 12,1 31,6
d media v media tA media tR media 98 15,78833333 12,2 23,55
Tabella 7.1.3 a :Sintesi parametri corrugatore
1)RETTA VELOCITA' DI CORRUGAMENTO d-dmedia v-vmedia (d-dmedia)*(v-vmedia) (d-dmedia)^2
-58 -3,6083 209,2814 3364 -35 2,2117 -77,4095 1225 -8 -0,4883 3,9064 64 12 3,4617 41,5404 144 27 -0,7883 -21,2841 729 62 -0,7883 -48,8746 3844 somma somma 107,16 9370
v=0,011436*D+14,6676 b1 b0 indice correlazione 0,0114365 14,66755639 0,197634857 Tabella 7.1.3 b: Procedimento analitico stima retta di velocità
90
2)RETTA TEMPERATURA DI ANDATA AL CORRUGATORE d-dmedia tA-tAmedia (d-dmedia)*(tA-tAmedia) (d-dmedia)^2
-58 -0,2 11,6 3364 -35 -0,1 3,5 1225 -8 -0,1 0,8 64 12 0,7 8,4 144 27 -0,2 -5,4 729 62 -0,1 -6,2 3844
somma somma 12,7 9370 tA=0,00136*D+12.067172
b1 b0 indice correlazione 0,00135539 12,06717182 0,169378507 Tabella 7.1.3 c: Procedimento analitico stima temperatura di andata
3)RETTA TEMPERATURA DI RITORNO AL GRUPPO FRIGO d-dmedia tR-tRmedia (d-dmedia)*(tR-tRmedia) (d-dmedia)^2
-58 -5,65 327,7 3364 -35 -1,75 61,25 1225 -8 -1,95 15,6 64 12 0,55 6,6 144 27 0,75 20,25 729 62 8,05 499,1 3844 somma somma 930,5 9370
tR=0,09931*D+13,817983 b1 b0 indice correlazione 0,0993063 13,81798292 0,940550168 Tabella 7.1.3 d: Procedimento analitico stima della retta della temperature di ritorno
L’indice di correlazione ricavato nell’analisi della velocità del corrugatore è pari a 0,2,pertanto
non esiste una relazione lineare con il
diametro del tubo. Tramite la definizione
della linea di tendenza evidenziata nel
Grafico 7.1.3, si è allora ricavata una
relazione di secondo grado per esprimere la
velocità di corrugamento funzione del
diametro del tubo. La relazione calcolata è
v(m/min) = -0,6304(D/100)2 + 4,6711(D/100) + 9 dove 100 è il fattore di correzione dei
millimetri in metri. La velocità di corrugamento
presenta valori inferiori a 15 m/min per il
diametro 40 mm perché le sollecitazioni meccaniche dovute alla chiusura degli stampi, alle
vibrazioni e allo stiro da parte dell’ avvolgitore non devono determinare la rottura del tubo;
infatti, se la velocità di corrugamento raggiungesse valori troppo elevati la struttura del
Grafico 7.1.3 : Relazione tra la velocità del corrugatore e il diametro
12,18
1815,3
19,25
15 15
0
5
10
15
20
25
40 63 90 110 125 160
m/min
diametro nominale(mm)
STIMA VELOCITA' CORRUGATORE
v reale
Poli. (v reale)
91
prodotto potrebbe non avere la resistenza meccanica sufficiente per opporsi agli sforzi
accennati sopra perché la massa di materiale è in quantità insufficiente. Invece, per diametri
grandi per esempio il 160 mm non esiste tale problema perché le dimensioni del tubo
garantiscono una quantità di massa che resiste molto bene alle sollecitazioni meccaniche
lungo la linea. La ragione per cui la velocità assume valori comunque relativamente bassi (15
m/min) è da ricercare nei limiti prestazionali della macchina:per diametri grandi le portate in
gioco costringono l’unità di estrusione a lavorare vicino alle prestazioni massime per
cui,aumentando ulteriormente la velocità di produzione,si porterebbe le macchine a lavorare
in condizioni non sostenibili dal punto di vista tecnico. I diametri medi ad esempio il 110 mm
prevedono una portata di massa dell’unità di estrusione che è sostenibile dalle macchina per
cui ha senso l’aumento della velocità di produzione,anche perché il tubo è strutturalmente
più resistente alle sollecitazioni impresse dalle varie stazioni di linea. Riguardo alla
temperatura di andata dell’acqua di raffreddamento(dal circuito frigorifero al
corrugatore),emerge un andamento sostanzialmente costante(come si vede nel Grafico 4.1.1
b) in funzione del diametro del prodotto e l’indice di correlazione di 0,2 calcolato nell’analisi di
regressione lo dimostra. Per mantenere costante la temperatura di ritorno al corrugatore è
necessaria una regolazione della portata d’acqua fluente nel circuito refrigerante poiché il
flusso di calore da asportare aumenta linearmente con il diametro al quadrato,essendo
legato alla portata di materiale estruso. Perciò, tanto più aumenta la portata di massa e
quindi il flusso di calore, tanto più fluido frigorifero dovrà circolare nell’impianto di circolazione
dei liquidi refrigeranti.
L’analisi effettuata per la temperatura di ritorno dell’acqua di raffreddamento ha evidenziato
un indice di correlazione pari a 0,941, pertanto la dipendenza lineare diretta del parametro
rispetto al diametro è evidente; la retta di regressione trovata è tR=0,09931*D+13,817983 e
può essere considerata valida al fine del modello previsionale finale.
92
7.2 Determinazione equazioni dei parametri dimensionali
I dati contenuti nella tabella 6.1 rappresentano i valori medi dei parametri per ogni diametro,
ricavati dai dati effettivi rilevati indicati nelle tabelle del paragrafo 6.2. Per ogni parametro, si
è condotta l’analisi statistica per il calcolo della retta di regressione campionaria che
approssima l’andamento del rispettivo campione di dati in esame. Inoltre, per determinare la
bontà della retta come stima dei dati si è calcolato anche l’indice di correlazione; le tabelle
seguenti presentano le procedure analitiche per il calcolo delle rette di regressione.
Tabella 7.2 a: Procedimento analitico stima della retta diametro esterno
Tabella 7.2 b: Procedimento analitico stima della retta diametro interno
1)RETTA DIAMETRO ESTERNO dn-dnmedia de-demedia (dn-dnmedia)*… (dn-dnmedia)^2
-49,125 -49,94 2453,525795 2413,265625 -39,125 -39,86 1559,558068 1530,765625 -26,125 -26,63 695,685 682,515625 -14,125 -14,22 200,9217045 199,515625 0,875 1,05 0,922727273 0,765625
20,875 21,33 445,2068182 435,765625 35,875 36,45 1307,676364 1287,015625 70,875 71,81 5089,791477 5023,265625
somma somma
11753,28795 11572,875 de=1,015589*D-0,159868 b1 b0 indice correlazione
1,015589294 -0,185986766 0,999995216
2)RETTA DIAMETRO INTERNO dn-dnmedia di-dimedia (dn-dnmedia)*….. (dn-dnmedia)^2
-49,125 -43,04 2114,563295 2413,265625 -39,125 -34,25 1339,853409 1530,765625 -26,125 -23,07 602,60875 682,515625 -14,125 -13,01 183,7405682 199,515625 0,875 0,56 0,486022727 0,765625
20,875 18,11 378,0652273 435,765625 35,875 32,09 1151,065682 1287,015625 70,875 62,64 4439,352273 5023,265625
somma somma 10209,73523 11572,875
di=0,8822*D-2,814 b1 b0 indice correlazione 0,882212521 -2,814236376 0,999955502
93
Tabella 7.2 c: Procedimento analitico stima della retta larghezza costa
4)RETTA ALTEZZA DI COSTA dn-dnmedia B-Bmedia (dn-dnmedia)*(…) (dn-dnmedia)^2
-49,125 -3,46 170,0171591 2413,265625 -39,125 -2,80 109,5144318 1530,765625 -26,125 -1,76 46,08885417 682,515625 -14,125 -0,61 8,564886364 199,515625 0,875 0,27 0,239431818 0,765625
20,875 1,57 32,84965909 435,765625 35,875 2,25 80,84920455 1287,015625 70,875 4,50 318,8086364 5023,265625
somma somma 766,9322633 11572,875 B=0.06627*D+1,39977
b1 b0 indice correlazione 0,066269813 1,399772983 0,996750686 Tabella 7.2 d: Procedimento analitico stima della retta altezza costa
5)RETTA SPESSORE STRATO ESTERNO dn-dnmedia sp1-sp1media (dn-dnmedia)*(..) (dn-dnmedia)^2
-49,125 -0,10 4,733863636 2413,265625 -39,125 -0,08 2,952159091 1530,765625 -26,125 -0,07 1,71 682,515625 -14,125 -0,10 1,373977273 199,515625 0,875 -0,04 -0,031022727 0,765625
20,875 0,07 1,499204545 435,765625 35,875 0,08 2,804772727 1287,015625 70,875 0,19 13,20852273 5023,265625
somma somma 28,25147727 11572,875 sp1=0,0024412*D+0,298
b1 b0 indice correlazione 0,002441181 0,298225239 0,953593201 Tabella 7.2 e: Procedimento analitico stima della retta spessore strato esterno
3)RETTA LARGHEZZA DI COSTA dn-dnmedia A-Amedia (dn-dnmedia)*(…) (dn-dnmedia)^2
-49,125 -3,78 185,8711364 2413,265625 -39,125 -3,22 125,8046591 1530,765625 -26,125 -1,43 37,43 682,515625 -14,125 -1,17 16,47488636 199,515625 0,875 -0,28 -0,248181818 0,765625 20,875 2,56 53,40520833 435,765625 35,875 2,29 81,99068182 1287,015625 70,875 5,04 357,1455682 5023,265625
somma somma 857,8739583 11572,875 A=0,0743*D+1.72348
b1 b0 indice correlazione 0,07412799 1,723475 0,986767717
94
6)RETTA SPESSORE STRATO INTERNO dn-dnmedia sp2-sp2media (dn-dnmedia)*(..) (dn-dnmedia)^2
-49,125 -0,04 1,786363636 2413,265625 -39,125 -0,06 2,311931818 1530,765625 -26,125 -0,11 2,92125 682,515625 -14,125 0,00 0,064204545 199,515625 0,875 0,04 0,037386364 0,765625
20,875 0,05 1,005795455 435,765625 35,875 0,06 2,250340909 1287,015625 70,875 0,08 5,476704545 5023,265625
somma somma 15,85397727 11572,875 sp2=0,00136993*D+0,170291748
b1 b0 indice correlazione 0,001369926 0,170291748 0,832398003 Tabella 7.2 f: Procedimento analitico stima della retta spessore strato interno
7)RETTA PESO AL METRO dn-dnmedia P-Pmedia (dn-dnmedia)*(..) (dn-dnmedia)^2
-49,125 -226,24 11113,99534 2413,265625 -39,125 -189,15 7400,422614 1530,765625 -26,125 -158,60 4143,49625 682,515625 -14,125 -103,42 1460,820341 199,515625 0,875 -16,42 -14,36829545 0,765625 20,875 77,67 1621,36125 435,765625 35,875 176,94 6347,820341 1287,015625 70,875 439,22 31129,39534 5023,265625
somma somma
63202,94318 11572,875 p=5,4613*D-149,409
b1 b0 indice correlazione 5,461300082 -149,4088243 0,98838129 Tabella 7.2 g: Procedimento analitico stima della retta peso al metro
Come mostrano le tabelle soprastanti,tutti i parametri dimensionali presentano una relazione
diretta marcata con il diametro del prodotto;le rette di regressione calcolate approssimano
bene i dati in quanto tutti gli indici di correlazione sono molto vicini al valore unitario.
Pertanto, le relazioni lineari riassunte sotto hanno un significato coerente con i dati rilevati.
de(mm)=1,015589*D-0,159868 sp1(mm)=0,0024412*D+0,298
di(mm)=0,8822*D-2,814 sp2(mm)=0,00136993*D+0,170291748
A(mm)=0,0743*D+1.72348 B(mm)=0.06627*D+1,39977
p(g/m)=5,4613*D-149,409
Tutte queste relazioni dipendono linearmente dalla variabile D, ossia il diametro del tubo da
produrre espresso in millimetri (mm).
95
7.3 Determinazione equazioni del consumo energetico e del costo di produzione specifici
Al paragrafo 5.2 a si sono descritti tutti i parametri riguardanti il consumo energetico e al
costo di produzione, forniti dall’Ufficio di Produzione. Poiché il modello previsionale riceve
come input il solo valore del diametro, nella seguente trattazione sono esclusi il costo di
produzione totale (cpt) e il consumo energetico totale (cet) perché essi sono funzione non
solo del diametro ma anche della quantità prodotta; considerare anch’essi nel modello finale
significherebbe stimare anche il tonnellaggio previsto per ogni diametro e ciò implica delle
analisi commerciali e di mercato che esulano dall’obbiettivo del presente elaborato.
Pertanto, si sono analizzati i dati riguardanti il consumo energetico specifico (ces) ed il
costo di produzione specifico (cps),determinando la retta di regressione corrispondente e
l’indice di correlazione per la verifica della bontà della relazione.
Come si è già accennato, i dati su questi parametri sono stati forniti anche in funzione della
linea di produzione per cui la trattazione seguente è stata classificata in base alle tre linee di
produzione che caratterizzano il reparto.
7.3.1 Linea 1
LINEA d(mm) cps(euro/ton) ces (kWh/ton) 1 110 76,82 6285,273208 1 125 70,02 5728,908953 1 140 67,62 5532,551935 1 160 56,52 4624,363751
media media media
133,75 67,745 5542,774462
Tabella 7.3.1 a: Sintesi consumi energetici e costi di produzione linea 1
1)RETTA COSTO DÌ PRODUZIONE SPECIFICO d-dmedia cps-media (d-dmedia)*…. (d-dmedia)^2
-23,75 9,075 -215,53125 564,0625 -8,75 2,275 -19,90625 76,5625 6,25 -0,125 -0,78125 39,0625 26,25 -11,225 -294,65625 689,0625
somma somma -530,875 1368,75 cps=-0,3878*D+119,6205
b1 b0 indice correlazione -0,387853881 119,6204566 -0,981935502 Tabella 7.3.1 b: Procedimento analitico stima costo di produzione specifico
96
2)RETTA CONSUMO ENERGETICO SPECIFICO d-dmedia cnes-media (d-dmedia)*……. (d-dmedia)^2
-23,75 742,5032079 -17634,45119 564,0625 -8,75 186,138953 -1628,715839 76,5625 6,25 -10,21806523 -63,86290767 39,0625 26,25 -918,406249 -24108,16404 689,0625
somma somma -43435,19397 1368,75 ces=-31,7334*D+9787,127
b1 b0 indice correlazione -31,73347505 9787,126749 -0,981934639 Tabella 7.3.1 c: Procedimento analitico stima consumo energetico specifico
7.3.2 Linea 2
Tabella 7.3.2 a: Sintesi consumi energetici e costi di produzione linea 2
1)RETTA COSTO DI PRODUZIONE SPECIFICO d-dmedia cps-media (d-dmedia)*…. (d-dmedia)^2
-21,5 31,8425 -684,61375 462,25 -9,5 10,8825 -103,38375 90,25 5,5 -16,7675 -92,22125 30,25 25,5 -25,9575 -661,91625 650,25
somma somma -1542,135 1233 cps=-1,25071776*D+218,4178
b1 b0 indice correlazione -1,250717762 201,5331509 -0,961273374 Tabella 7.3.2 a: Procedimento analitico stima costo di produzione specifico
2)RETTA CONSUMO ENERGETICO SPECIFICO d-dmedia ces-media (d-dmedia)*……. (d-dmedia)^2
-21,5 2605,29617 -56013,86765 462,25 -9,5 890,3853078 -8458,660424 90,25 5,5 -1371,886458 -7545,375518 30,25 25,5 -2123,795021 -54156,77303 650,25
somma somma -126174,6766 1233 ces=-102,331449*D+16489,07544
b1 b0 indice correlazione -102,331449 16489,07544 -0,961273326 Tabella 7.3.2 b: Procedimento analitico stima costo di produzione specifico
LINEA d(mm) cps(euro/ton) ces (kWh/ton) 2 63 127,69 10447,36417 2 75 106,73 8732,453306 2 90 79,08 6470,18154 2 110 69,89 5718,272977
media media media
84,5 95,8475 7842,067998
97
7.3.3 Linea 3
Tabella 7.3.3 a: Sintesi consumi energetici e costi di produzione specifici linea 3
1)RETTA COSTO DI PRODUZIONE SPECIFICO d-dmedia cps-media (d-dmedia)*…. (d-dmedia)^2
-11 116,883 -1285,713 121 -1 -37,097 37,097 1 12 -79,787 -957,444 144
somma somma -2206,06 266 cps=-8,29345865*D+619,54
b1 b0 indice correlazione -8,293458647 619,5430576 -0,924551647 Tabella 7.3.3 b: Procedimento analitico stima costo di produzione specifico
2)RETTA CONSUMO ENERGETICO SPECIFICO d-dmedia ces-media (d-dmedia)*……. (d-dmedia)^2
-11 9563,184163 -105195,0258 121 -1 -3035,182356 3035,182356 1 12 -6528,001814 -78336,02177 144
somma somma -180495,8652 266 ces=-678,555884*D+50689,9
b1 b0 indice correlazione -678,5558842 50689,89548 -0,924551656 Tabella 7.3.3 c: Procedimento analitico stima costo di produzione specifico
Considerando le tre linee, le rette ricavate indicano una relazione lineare inversa tra i
parametri analizzati e il diametro del prodotto comune a tutte e tre le linee anche se con
pendenze diverse;gli indici di correlazione tutti tendenti a -1 dimostrano che le rette di
regressione hanno un significato realistico.
LINEA 1 LINEA 2 cps(euro/ton)=-0,3878*D+119,6205 cps(euro/ton)=-1,25071776*D+218,4178 ces(kwh/ton)=-31,7334*D+9787,127 ces(kwh/ton)=-102,331449*D+16489,07544 LINEA 3
cps(euro/ton)=-8,29345865*D+619,54 ces(kwh/ton)=-678,555884*D+50689,9
LINEA d(mm) cps(euro/ton) ces (kWh/ton) 3 40 313,46 25646,72955 3 50 159,48 13048,36303 3 63 116,79 9555,543576
media media media
51 196,5767 16083,54539
98
In conclusione, in questo capitolo si è cercato di dare una giustificazione analitica degli
andamenti descritti graficamente ai capitoli 4,5 e 6 cercando di ottenere delle relazioni
matematiche tra i parametri e il diametro del tubo; inoltre, si è tentato di spiegare dal punto di
vista ingegneristico alcuni andamenti non riconducibili ad una relazione lineare come nel
caso della pressione del fuso, dei giri vite all’estrusore o della velocità di corrugamento.
In tal modo, il lettore è consapevole dei motivi per cui alcuni parametri nel modello
presentano un andamento compreso in un range o non sono stati considerati nel modello
finale.
99
CAPITOLO 8
ELABORAZIONE E VERIFICA DEL MODELLO PREVISIONALE
Riassumendo il lavoro fin qui svolto, i capitoli 4, 5 e 6 hanno presentato i dati rilevati
descrivendo il loro andamento in modo qualitativo grazie all’ausilio dei grafici. Il capitolo sette
ha consentito di dimostrare analiticamente gli andamenti considerati nei capitoli precedenti,
in particolare calcolando le relazioni tra il generico parametro e il diametro del prodotto;
laddove tale relazione non fosse presente o fosse diversa da quella lineare diretta, si è
cercato di motivarne le ragioni, in modo tale da rendere il modello previsionale
maggiormente comprensibile. Il capitolo otto prevede la presentazione del modello
previsionale e delle sue applicazioni in base ai diametri ipoteticamente considerati
dall’azienda come oggetto di nuove produzioni.
8 .1 Scelta dei nuovi diametri da produrre
Il modello previsionale prevede di determinare il diametro del tubo che s'intende produrre;in
questo caso,per verificare l’applicazione del modello,si sono scelti 3 diametri di prodotto
vicini a quelli prodotti attualmente dall’azienda in modo tale da essere verosimili. Inoltre, è
necessario precisare che i diametri scelti non sono frutto di analisi del mercato dell’edilizia
per cui è possibile che i diametri richiesti in futuro siano diversi da quelli considerati in questa
sede, pertanto i valori di input scelti si sono ricavati unicamente cercando di determinare
una produzione realistica per gli impianti considerati.
I diametri selezionati per le applicazioni del modello previsionale sono:
-diametro piccolo: 55 mm
-diametro medio: 120 mm
-diametro grande: 150 mm
Come facilmente si nota, valori appena evidenziati si collocano in un intorno di ± 10 mm
rispetto ai diametri di 45,110 e 160 mm facenti parte della gamma produttiva per il tubo
corrugato. Non avrebbe avuto senso scegliere diametri eccessivamente piccoli (ad esempio
100
20 mm) o troppo grandi ( ad esempio 400 mm) in quanto inadeguati al tipo di linea produttiva
rappresentata e descritta al capitolo tre.
8.2 Il Modello previsionale
RELAZIONI DEL MODELLO PARAMETRI MACCHINA ESTRUSORE COESTRUSORE Q=4,07*D-112,457 Q=0,99009*D-18,4117 233 bar<p<341 bar 265 bar<p<354 bar G=1,22848*D-27,4582 CORRUGATORE v=-0,6304*(D/100)^2+4,6711*(D/100)+9 12°C<tA<13°C tR=0,09931*D+13,817983 CONSUMI ENERGETICI LINEA 1 LINEA 2 cps=-0,3878*D+119,6205 cps=-1,25071776*D+218,4178 ces=-31,7334*D+9787,127 ces=-102,331449*D+16489,07544 LINEA 3 cps=-8,29345865*D+619,54 ces=-678,555884*D+50689,9 PARAMETRI DIMENSIONALI de=1,015589*D-0,159868 di=0,8822*D-2,814 sp1=0,0024412*D+0,298 A=0,0743*D+1.72348 sp2=0,00136993*D+0,170291748 B=0,06627*D+1,39977 p=5,4613*D-149,409
Tabella 8.2 : Sintesi relazioni ottenute al capitolo 7
La tabella 8.2 sintetizza le relazioni dirette e inverse o costanti ricavate nel capitolo 7; la
presenza, l’assenza o la costanza di tali relazioni sono state ricavate mediante la
determinazione delle rette di regressione lineare ed gli indici di correlazione, utili soprattutto
per evidenziare la bontà della relazione tra il parametro e il diametro del prodotto.
Osservando le relazioni scritte sopra, si può notare che la maggior parte dei parametri
analizzati (circa l’81% su 21 totali) sono regolati da una relazione lineare inversa o diretta
rispetto al diametro del tubo. Invece, il 14% dei parametri, ossia le pressioni all’estrusore e al
coestrusore e la temperatura di andata al corrugatore, presenta la variazione dei valori in un
range ben definito rispetto al diametro del tubo mentre il rimanente 5% ( la velocità del
corrugatore) assume una relazione non lineare, rappresentata da un polinomio di secondo
grado.
Le relazioni riassunte in precedenza sono state inserite in un foglio Excel per costituire il
modello previsionale; ogni parametro considerato è indicato a sinistra con la rispettiva unità
di misura ed a fianco è indicato il valore in relazione al diametro del tubo. Tale valore è
l’output della relazione trovata per il determinato parametro, oppure, nel caso di parametri
costanti al variare del diametro del tubo, si è indicato l’intervallo di variazione riscontrato.
101
Le celle contenenti i valori o gli intervalli dei parametri sono colorate in modo diverso per far
capire visivamente all’utente la tipologia di relazione esistente tra il parametro e il diametro
inserito. In particolare, le celle colorate con il verde scuro evidenziano la presenza di una
relazione lineare diretta; le celle colorate in verde chiaro evidenziano la presenza di una
relazione lineare inversa mentre il colore viola indica che il parametro oscilla in un intervallo
per cui la relazione con il diametro si può considerare costante. Infine, la cella colorata di
rosa si riferisce a una relazione polinomiale di secondo grado.
La figura sottostante rappresenta il layout del foglio Excel che costituisce il modello cercato:
DIAMETRO -
PARAMETRI DI MACCINA ESTRUSORE COESTRUSORE CORRRUGATORE Q(kg/h) - Q(kg/h) - v(m/min) - P(bar) 233<P<341 P(bar) 265<P<354 tA(°C) 12<tA<13 G(1/min) - tR(°C) - Qtot(kg/h) - CONSUMO ENERGETICO E COSTI DI PRODUZIONESPECIFICI LINEA 1 LINEA 3 LINEA 2 cps(euro/ton) - cps(euro/ton) - cps(euro/ton) - ces(kwh/ton) - ces(kwh/ton) - ces(kwh/ton) - PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO de(mm) - A(mm) - sp1(mm) - di(mm) - B(mm) - sp2(mm) - p(g/m) -
Figura 8.2: Modello previsionale su foglio Excel
I parametri stimati dal modello possono essere utili per considerazioni tecniche o gestionali
riguardo alle nuove produzioni:
1) I parametri macchina, in particolare i giri vite del coestrusore e la portata di massa totale in
linea , possono aiutare a stimare le prestazioni richieste dal nuovo diametro;ad esempio,il
coestrusore presenta dei giri vite massimi di 200 giri/min per cui è interessante verificare se i
giri vite richiesti dal nuovo diametro siano compatibili con il numero massimo consentito.
Inoltre, la velocità del corrugatore e quindi la velocità di produzione può essere utile per
determinare le tonnellate prodotte per un certo intervallo di tempo secondo l’equazione 3.1.
Infine, le temperature di andata/ritorno del liquido di raffreddamento possono essere
102
utilizzate per stimare il calore che l’impianto frigorifero esterno deve asportare secondo
l’equazione:
C=cpṁ(tR-tA) (8.2)
dove C è la potenzialità frigorifera del gruppo frigo espressa in kcal/h, cp è il calore specifico
del materiale in kcal/kg, tR e tA sono rispettivamente la temperatura dell’acqua di ritorno al
gruppo frigo e la temperatura di andata dell’acqua dal gruppo frigo, espresse entrambe in °C.
2) I consumi energetici e i costi di produzione specifici si possono utilizzare per ottimizzare il
caricamento degli ordini di produzione sulle linee; in condizioni stazionarie della domanda, è
preferibile collocare gli ordini di produzione nella linea che presenta il costo di produzione più
basso. Tuttavia, occorre considerare la portata totale richiesta dal diametro in modo tale da
collocare la produzione nella linea il cui coefficiente di utilizzo,espresso come portata
richiesta diviso la portata massima offerta, sia tendente ad 1. Inoltre, se i parametri
considerati assumono valori negativi occorre non considerare la linea corrispondente per la
produzione del diametro scelto.
3) I parametri dimensionali consentono di stimare le caratteristiche reali del prodotto, per
quanto riguarda l’ingombro effettivo e lo spessore dei due strati; inoltre, la larghezza di costa
(A) e l’altezza di costa (B) possono essere utilizzati come dati di partenza per la
progettazione degli stampi del corrugatore, la cui superficie sagomata interna deve essere
appositamente dimensionata in base al diametro da produrre. Il peso al metro, oltre ad
essere una specifica del tubo, costituisce un altro parametro che contribuisce al calcolo del
tonnellaggio prodotto per un certo periodo, indicato precedentemente nell’equazione 3.1.
8.3 Applicazioni del modello ai nuovi diametri prodotti
Il modello descritto al paragrafo 8.2 è stato verificato per i diametri scelti al paragrafo 8.1 e i
risultati sono esemplificati alle figure 8.2 a/b/c.
Prima di commentare i valori ottenuti in base ai diametri prodotti, è opportuno specificare
che ci possono essere delle differenze significative tra i valori stimati dal modello e quelli
realmente presenti sulle linee; infatti, l’analisi condotta ha l’obiettivo di stimare e non
determinare i valori dei parametri in relazione al diametro del tubo. La determinazione
esatta non è tecnicamente possibile perché essa è funzione anche del know-how aziendale,
che non può essere riconducibile a relazioni matematiche di un modello previsionale.
103
DIAMETRO 55
PARAMETRI DI MACCINA ESTRUSORE COESTRUSORE CORRRUGATORE Q(kg/h) 111,39 Q(kq/h) 36,04 v(m/min) 11,38 P(bar) 233<P<341 P(bar) 265<P<354 tA(°C) 12<tA<13 G(1/min) 40,11 tR(°C) 19,28 Qtot(kg/h) 147,44 CONSUMO ENERGETICO E COSTI DI PRODUZIONE LINEA 1 LINEA 3 LINEA 2 cps(euro/ton) 98,29 cps(euro/ton) 163,40 cps(euro/ton) 149,63 ces(kwh/ton) 8041,79 ces(kwh/ton) 13369,33 ces(kwh/ton) 10860,85 PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO de(mm) 55,70 A(mm) 5,81 sp1(mm) 0,43 di(mm) 45,71 B(mm) 5,04 sp2(mm) 0,25 p(g/m) 150,96
Figura 8.3 a :Applicazione del modello previsionale per il diametro 55mm
DIAMETRO 120
PARAMETRI DI MACCINA ESTRUSORE COESTRUSORE CORRRUGATORE Q(kg/h) 375,94 Q(kq/h) 100,40 v(m/min) 13,70 P(bar) 233<P<341 P(bar) 265<P<354 tA(°C) 12<tA<13 G(1/min) 119,96 tR(°C) 25,74 Qtot(kg/h) 476,34 CONSUMO ENERGETICO E COSTI DI PRODUZIONE LINEA 1 LINEA 3 LINEA 2 cps(euro/ton) 73,08 cps(euro/ton) -375,68 cps(euro/ton) 68,33 ces(kwh/ton) 5979,12 ces(kwh/ton) -30736,81 ces(kwh/ton) 4209,30 PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO de(mm) 121,71 A(mm) 10,64 sp1(mm) 0,59 di(mm) 103,05 B(mm) 9,35 sp2(mm) 0,33 p(g/m) 505,95
Figura 8.3 b :Applicazione del modello previsionale per il diametro 120 mm
104
DIAMETRO 150
PARAMETRI DI MACCINA ESTRUSORE COESTRUSORE CORRRUGATORE Q(kg/h) 498,04 Q(kq/h) 130,10 v(m/min) 14,59 P(bar) 233<P<341 P(bar) 265<P<354 tA(°C) 12<tA<13 G(1/min) 156,81 tR(°C) 28,71 Qtot(kg/h) 628,14 CONSUMO ENERGETICO E COSTI DI PRODUZIONE LINEA 1 LINEA 3 LINEA 2 cps(euro/ton) 61,45 cps(euro/ton) -624,48 cps(euro/ton) 30,81 ces(kwh/ton) 5027,12 ces(kwh/ton) -51093,48 ces(kwh/ton) 1139,36 PARAMETRI DIMENSIONALI DEL TUBO de(mm) 152,18 A(mm) 12,87 sp1(mm) 0,66 di(mm) 129,52 B(mm) 11,34 sp2(mm) 0,38 p(g/m) 669,79
Figura 8.3 c :Applicazione del modello previsionale per il diametro 150 mm
Ad esempio, considerando lo scenario ottenuto per il diametro 55 mm, si può vedere che i
giri vite del coestrusore sono nettamente inferiori a quelli massimi previsti e il valore di
portata è coerente con il diametro scelto. Infatti, per il diametro 63 mm si è rilevato
sperimentalmente un valore di portata totale pari a 197,3 kg/h per cui essendo il diametro
testato inferiore a 63 mm, anche la portata totale deve essere inferiore a quella riscontrata
per il 63 mm. Riflettendo sui parametri seguenti nel modello, il costo di produzione specifico
presenta il valore minimo alla linea uno, quindi apparentemente la linea uno sembra
l’alternativa produttiva economicamente più convenente. Tuttavia, osservando la portata
totale richiesta dal diametro essa è ben lontana da quella massima di linea. Se si considera
in prima approssimazione come portata massima quella relativa al diametro 160 mm, si può
notare che il coefficiente di utilizzo è pari a 21,3% mentre utilizzando la linea tre emerge un
coefficiente di utilizzo pari a 75%, considerando come portata massima totale quella relativa
al diametro 63 mm. Quindi, non esiste una linea in assoluto più conveniente: la scelta
dipende dagli aspetti che si vogliono considerare, economici o tecnici. Analizzando poi i
parametri dimensionali, si nota la coerenza di tutti i valori indicati in relazione al diametro
scelto.
105
CONCLUSIONI
L’esperienza di tirocinio effettuato presso l’azienda Faraplan S.p.a ha permesso di studiare il
tubo corrugato, attraverso l’interazione con diverse figure aziendali. Le informazioni ottenute
riguardano le materie prime coinvolte nel processo, le caratteristiche meccaniche e il sistema
di qualità del tubo corrugato, oltre che le procedure di stoccaggio del prodotto finito. Inoltre,
grazie al contatto diretto con gli operatori del reparto, si è analizzato il processo produttivo
individuando e descrivendo il funzionamento delle stazioni che compongono la linea di
estrusione per tubi corrugati, per poi approfondire le principali problematiche di produzione.
Inoltre, monitorando quotidianamente le linee di produzione, si sono rilevati i valori dei
parametri macchina dell’estrusore, del coestrusore e del corrugatore in base al diametro del
tubo prodotto, mentre i valori dei parametri dimensionali rilevati sono stati indicati dall’ Ufficio
Controllo Qualità, così come i dati relativi ai costi di produzione e ai consumi energetici,
forniti dall’Ufficio Produzione. I dati in possesso sono stati analizzati innanzitutto dal punto di
vista grafico per elaborare alcune considerazioni introduttive e per chiarire al lettore il
significato fisico dei parametri, per poi compiere l’analisi statistica al fine di ricavare le
relazioni presenti tra il generico parametro e il diametro del tubo. In alcuni casi, l’analisi
grafica e statistica hanno evidenziato un andamento non lineare del parametro, pertanto si è
cercato di motivare tale caratteristica attraverso considerazioni tecniche e di processo,
acquisite durante l’esperienza in azienda. Le relazioni ottenute sono state implementate in
un foglio Excel per costituire il modello previsionale che, dato in input il diametro del
prodotto, fornisce i valori dei parametri stimati nel processo produttivo; infine, si sono scelti
tre diametri da produrre (55,120,150 mm) per testare l’attendibilità dei valori stimati dal
modello, rispetto ai valori rilevati per i diametri già prodotti dall’azienda.
Le eventuali considerazioni gestionali o di verifica devono essere correlate dall’esperienza
produttiva perché il presente modello non determina in modo esatto il valore dei parametri,
ma si limita a fornire delle stime che non considerano il know -how acquisito durante anni di
implementazione del processo.
Pertanto, l’errore tra il valore dei parametri stimati dal modello e quelli attuati realmente nelle
linee può essere significativo.
La determinazione di un modello previsionale può teoricamente essere estesa alla
produzione del tubo rigido in PVC; tuttavia, le problematiche da affrontare in questo caso
sono rilevanti. Innanzitutto, l’estrusione del tubo rigido coinvolge ben dodici linee di
produzione per cui la mole di dati da elaborare è considerevole; inoltre, si è visto che nel
tubo corrugato i parametri previsti non risentono del tipo di prodotto processato: questo non
106
è valido nel processo produttivo del PVC, in quanto le ricette ( o “mescole”) di materie prime
sono in numero considerevole e costituiscono una vera e propria variabile. Sarebbe dunque
più difficile ricondurre i valori dei parametri stimati al solo diametro del prodotto, come invece
è stato possibile per il reparto del tubo corrugato. Per risolvere tale problema, sarebbe
opportuno elaborare un modello previsionale per ogni tipo di mescola, in modo tale che i
parametri siano funzione unicamente del diametro del tubo.
In ogni caso, la redazione di un sistema previsionale per il tubo rigido richiederebbe un
periodo di studio maggiore e un’attenta selezione delle variabili da considerare.
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BIBLIOGRAFIA
-Materiale interno all’azienda: manuali di macchina, schede tecniche, documenti gestionali
forniti dal personale,catalogo prodotti.
-“Appunti di: TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE DEI MATERIALI POLIMERICI-
Estrusione ed applicazione dell’estrusione , Stampaggio ad iniezione,Soffiaggio dei corpi
cavi” Massimo Messori
SITOGRAFIA
-www.faraplan.it
-www.wikipedia.it
-www.amut.it
-www.epr-italia.com
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Ringraziamenti
Vorrei ringraziare innanzitutto i miei genitori che mi hanno concesso una seconda possibilità
di studio, appoggiandomi e consigliandomi in tutti i momenti. Inoltre, vorrei ringraziare tutti i
miei amici per i momenti di serenità e di svago che mi hanno regalato in questi anni di
università. Infine, ringrazio il personale dell’azienda Faraplan S.p.a che ha permesso il
tirocinio, consentendomi di vivere un’ottima esperienza lavorativa e di apprendimento.
